双线扫描相机三维测量系统的匹配环节容易受到表面纹理和光源的影响,从而影响点云的精度和完整性。为此,提出了一种基于傅里叶变换的灰度相似性匹配算法,以实现高精度匹配和处理部分过度曝光。此外,建立了测量系统的成像模型,提出了一种灵活的线扫描相机静态标定方法。最后,搭建了实验平台验证了所提匹配算法的效果和测量系统的精度。相机标定结果的重投影误差优于0.3 pixel,基于所提算法的测量点云完整且能良好反映被测物深度突变处的真实形貌,标准平板测量点云到拟合平面均方根误差为0.023 mm。结果表明,所提匹配算法既能有效保证点云的完整性,又能保留被测物的表面细节特征。

线阵相机具有高敏感性、高分辨率和高动态性等特点,常用于运动物体成像。在动车组列车运行故障图像动态检测中,由于列车运行速度不是理想匀速通过线阵相机,所拍摄的图像会在列车运行方向上出现拉伸或压缩等变形现象,造成同一列车在不同时间所拍摄到的图像总数不一致,给后续目标自动定位、识别以及故障自动检测带来挑战。为解决图像之间未对齐的问题,提出了一种基于分块式的图像对齐方法。首先对图像进行分块处理、特征提取和匹配、特征量化,然后根据特征点之间的像素距离实现图像分块式校准,最后级联各个校准之后的图像块,完成目标图像与标准图像的对齐。实验结果表明,该方法对线阵相机所拍摄的动车组列车序列图像具有较好的对齐效果,可以精确定位序列图像中的目标。

随着条纹管器件技术的发展, 条纹管作为瞬态光学器件的应用不再局限于高速摄影和光谱学研究领域。建立以单狭缝条纹管为核心器件的扫描相机激光成像系统, 对目标进行推扫成像, 获得原始条纹图像, 并进行特征数据提取和三维重建。理论计算出的两目标的距离差与实际距离差较接近, 从而验证采用该系统作激光雷达成像的可行性。实验结果表明, 基于扫描相机激光雷达具有高分辨率, 具有较好的应用前景。

炸药柱面内爆磁通量压缩实验技术具有加载压力高、加载过程温升低及样品体积大等特点，在材料高压物性、新材料高压合成及超强磁场下的凝聚态物理等多个领域都具有广阔的应用前景。叙述了超高速摄影技术在柱面内爆磁能量压缩实验中的研究应用，用超高速分幅摄影和扫描摄影技术首次拍摄到柱面内爆强磁场压缩过程具有高时空分辨的一维和二维图像，成功观察到柱面套筒内爆整个压缩和反弹过程以及压缩过程中的界面不稳定性现象，获得了该过程的压缩直径随时间连续变化曲线，由此计算出柱面套筒内爆强磁场压缩速度。该实验数据对于炸药柱面内爆磁通量压缩实验技术研究具有重要的指导意义。

研制了一套线面同时成像任意反射面速度干涉仪(VISAR)用于激光驱动飞片速度场时空分辨测量。将传统VISAR改为成像干涉结构，用变像管扫描相机和高速光电分幅相机分别记录作为信号载体的梳状干涉条纹，实现靶面一条线上各点速度历史和多个时刻二维靶面上所有点速度的测量。所研制的线面同时成像VISAR具有小于10 μm的空间分辨和约15 m/s的速度分辨能力，线成像VISAR时间分辨小于50 ps，面成像VISAR曝光时间小于5 ns。用其测量了激光驱动带约束刀口铝膜飞片的速度场，给出了高时空分辨全场速度分布，从中可以清晰看出飞片的演化发展过程。实验结果表明，线面同时成像VISAR将是各种飞片产生技术及相应加载手段中全场速度诊断的有力工具。

变像管扫描相机在超快物理过程的研究中具有广泛的应用。扫描速度及其非线性作为相机的主要技术指标之一，其准确度对实验结果有着重要影响。为了准确获取数据, 确保实验结果的可靠性，采用皮秒光脉冲源、标准具及精密延时器，对高速变象管相机扫描速度和扫描速度非线性进行了实验标定，取得了较好的扫描速度非线性实验数据。结果表明，标定的变像管扫描相机最大扫描速度非线性为±3.52%；标定结果最大相对误差为±1.4%。这一结果对有效提高实验数据处理和物理分析的可靠性是有很大帮助的。

分析了影响转镜扫描相机时间分辨率的各种因素，给出了极限时间分辨率和基于相机动态摄影分辨率计算的时间分辨率的理论计算公式和结果。结合国内普遍使用的SJZ-15型转镜扫描相机，用自研设备动态像质检查仪和100 ps超短脉冲激光照明两种测试方法，计算出了该相机钢转镜和铍转镜在不同转速下的实测时间分辨率值，并对数据进行了分析、比对和讨论。实测数据表明：钢转镜的转速为12×104 r/min，其最高时间分辨率约为8 ns；铍转镜的实用最高转速为30×104 r/min，其最高时间分辨率约为4 ns。

提出一种利用高斯函数来表征基于扫描相机的时域荧光测量系统脉冲响应的方法，建立了数学模型，用以描述系统所采集到的时域荧光衰减曲线。用高斯函数对所建立的时域荧光寿命测量系统的脉冲响应函数进行拟合处理，拟合优度达到0.995以上；利用所建立的数学模型对标准荧光染料玫瑰红的测量数据进行拟合处理，拟合优度均值达到0.996以上，荧光寿命标准差仅有1.7 ps。实验表明，利用所建立的数学模型处理基于扫描相机的时域荧光寿命测量数据，具有良好的稳定性和准确性。这种方法提高了系统测量的精度，简化了解卷积运算，只要用多个高斯函数描述脉冲响应函数就可以用于其他时域荧光寿命分析及荧光寿命成像技术中。

时间分辨力是变像管扫描相机的重要技术参数, 提出了将超分辨率图像复原理论应用于超快诊断研究, 首先阐述了图像超分辨率复原在超快诊断中应用的可能性, 给出了变像管扫描相机图像点扩散函数的分析和计算方法。最后, 基于Poisson-MMAP(MPMAP)超分辨力复原算法, 获得了Au阴极X射线变像管扫描相机的图像复原结果, 实验结果证明了方法的有效性, 为变像管扫描相机时间分辨力的提高提供了一种新的途径。

优化设计和研制了一种旨在获得大的动态范围的皮秒时间分辨软X射线扫描相机系统.该相机阴极有效面积Φ30 mm，聚焦电压8 kV，有效防止了打火对动态范围的影响；摒弃了微通道板内增强器，引入了后加速系统，以保证足够高的荧光屏量子效率；采用了大动态范围的像增强器进行图像外增强.借助于皮秒激光器动态测试和标定系统对其性能进行了实验评价，获得了动态范围大于2 000的结果.