阅读说明：本技术 空间成像系统 (Space imaging system ) 是由 李超 于 2020-03-04 设计创作，主要内容包括：本申请适用于空间成像技术领域,尤其涉及一种空间成像系统,在空气或真空中产生动态的立体三维图像。该空间成像系统包括粒子源阵列、激发线圈组和扫描控制机构；扫描控制机构控制粒子源阵列产生并加速粒子/粒子团,在空间中形成按时间展开的动态三维粒子/粒子团阵列,激发线圈组产生激励磁场激发到达虚拟像素点的相应粒子/粒子团,相应粒子/粒子团受激辐射产生发光效应形成像素点,各批次粒子/粒子团激发后的像素点依视觉暂留效应构成完整动/静态三维彩色/黑白图像。粒子源阵列在一个发射批次上生成多个粒子/粒子团,避免了单粒子源显示系统所需要的复杂的偏转场控制,降低了控制的复杂程度,且避免了偏转造成的粒子能量损失。(The application is applicable to the technical field of space imaging, and particularly relates to a space imaging system which generates dynamic three-dimensional images in air or vacuum. The space imaging system comprises a particle source array, an excitation coil group and a scanning control mechanism; the scanning control mechanism controls the particle source array to generate and accelerate particles/particle clusters, a dynamic three-dimensional particle/particle cluster array which is expanded according to time is formed in space, the excitation coil group generates an excitation magnetic field to excite corresponding particles/particle clusters which reach the virtual pixel points, the corresponding particles/particle clusters are excited to radiate to generate a luminous effect to form pixel points, and the pixel points after excitation of each batch of particles/particle clusters form a complete dynamic/static three-dimensional color/black-and-white image according to a visual persistence effect. The particle source array generates a plurality of particles/particle clusters in one emission batch, so that the complex deflection field control required by a single particle source display system is avoided, the control complexity is reduced, and the particle energy loss caused by deflection is avoided.)

空间成像系统

技术领域

本申请属于空间成像技术领域，尤其涉及一种空间成像系统。

背景技术

目前的三维投影成像技术包括分光立体显示、体三维显示、全息三维显示等。分光立体显示、体三维显示均依赖于固体介质实现三维显示，全息三维图显示依赖于全息材料中形成的全息图像，并使用连续全息材料胶片才可以实现动态显示，为了不依赖于介质和全息材料，现有技术通过粒子投射技术实现空间成像，但是需要通过偏转场对粒子进行偏转控制，从而使粒子运动到预设位置，但由于高能粒子运动速度较快，通过偏转场控制粒子的偏转较为困难，控制方法较为复杂且控制精度较差，特别是对应所需的高强度磁场难以生成。

发明内容

本申请实施例提供了一种空间成像系统，可以解决现有技术通过偏转场控制粒子偏转的控制方法较为复杂且控制精度较差的问题。

本申请实施例提供了一种空间成像系统，所述空间成像系统包括用于产生及加速粒子/粒子团的粒子源阵列、用于产生激发磁场的激发线圈组和用于控制所述粒子源阵列及所述激发线圈组的扫描控制机构；所述扫描控制机构控制所述粒子源阵列产生及加速粒子/粒子团，形成按时间展开的动态三维粒子阵列；所述扫描控制机构控制所述激发线圈组产生激发磁场依次激发所述动态三维粒子阵列中的到达预设虚拟像素点位置的相应粒子/粒子团；所述相应粒子/粒子团受激辐射后产生发光效应在所述预设虚拟像素点位置形成实际像素点，所述动态三维粒子阵列中所有实际像素点以视觉暂留效应构成完整的三维图像。

在一个实施例中，所述动态三维粒子阵列中所有粒子对应的像素点所在区域为显示区域，所述显示区域具有用于接收所述粒子阵列的背面、与所述背面相对应的正面、以及与所述背面相邻的侧面，所述激发线圈组设置于所述显示区域的侧面或者正面或背面。

在一个实施例中，所述空间成像系统还包括用于对所述粒子源阵列出射的粒子阵列进行加速的粒子加速装置，所述粒子加速装置设置于所述粒子源阵列与所述显示区域之间，所述扫描控制机构连接所述粒子加速装置。

在一个实施例中，所述粒子加速装置为电场加速器。

在一个实施例中，所述激发线圈组设置用于使所述激发磁场的方向与所述粒子阵列的粒子运动方向的夹角为0°～180°之间。

在一个实施例中，所述激发线圈组设置用于使所述激发磁场的方向与所述粒子阵列的粒子运动方向的夹角为90°。

在一个实施例中，所述空间成像系统还包括内部真空的真空外壳，所述粒子源阵列设置于所述真空外壳的内部，所述激发线圈组设置于所述真空外壳的内部或者外部。

在一个实施例中，所述激发线圈组为偏转电磁铁或波荡器。

在一个实施例中，所述粒子源阵列为带电粒子发射阵列。

在一个实施例中，所述带电粒子发射阵列为电子枪阵列。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本申请通过设置粒子源阵列产生并加速粒子/粒子团，并使用激发线圈组产生激发磁场，激发到达对应位置的粒子/粒子团使其发生韧致辐射效应形成三维图像，粒子源阵列产生的粒子阵列可以在一个批次上同时产生多个粒子/粒子团，无需采用偏转磁场对单粒子源出射的粒子/粒子团进行偏转控制，使粒子可以按照粒子源阵列出射的轨迹继续运动，避免了复杂的偏转场控制，降低了控制的复杂程度，有效提高了控制精度，且避免了偏转造成的粒子能量损失，易于实现。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例一提供的一种空间成像系统的结构示意图；

图2是本申请实施例二提供的一种空间成像系统的结构示意图；

图3是本申请实施例三提供的一种空间成像系统的结构示意图；

图4是本申请实施例四提供的一种空间成像系统的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的空间成像系统投影成像的示意图；

其中，图中各附图标记：

1-粒子源阵列，2-激发线圈组，21-波振荡器，22-偏转磁铁，3-显示区域，4-粒子加速装置，5-三维图像。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

请参阅图1，是本申请实施例一提供的一种空间成像系统的结构示意图，该空间成像系统，包括粒子源阵列1、激发线圈组2以及扫描控制机构(图中未示出)。粒子源阵列1用于产生粒子/粒子团阵列并对粒子阵列中的粒子/粒子团加速，使粒子阵列中的粒子具有一定的初速度或预设速度，该粒子源阵列1中产生的可以是单个或者批量的粒子/粒子团。其中，扫描控制机构连接粒子源阵列1，该扫描控制机构通过粒子源阵列1控制当前发射的粒子/粒子团大小、速度、能量，数量，顺序，从而形成按时间展开的空间动态三维粒子阵列；另外，扫描控制机构连接激发线圈组2，该扫描控制机构控制激发线圈组2产生激发磁场，以激发动态三维粒子阵列中的粒子。

该粒子源阵列1以高频脉冲方式发射粒子/粒子团阵列，以达到精确控制空间像素点定位的目的，粒子阵列中粒子/粒子团沿其预设轨迹运动至激发线圈组2产生的磁场区域内对应的虚拟像素点位置处，激发线圈组2以扫描磁脉冲方式激发粒子阵列中每一批到达相应位置的粒子/粒子团，使该粒子/粒子团产生韧致辐射效应，粒子或粒子束团受激发光形成在对应位置形成对应的像素点，所有形成的实际像素点以视觉暂留效应形成完整三维图像。

粒子源阵列射出的粒子/粒子团在扫描控制机构的控制下依次按时间序列形成空间三维阵列，然后由激发线圈组依批次激发点亮。

动态三维粒子阵列中所有粒子/粒子团对应的像素点所在区域为显示区域3，显示区域3具有用于接收粒子阵列的背面、与该背面相对应的正面、以及与该背面相邻的侧面，上述激发线圈组2设置于显示区域3的侧面或者正面/背面，显示区域3内包含多个虚拟空间像素点，入射的粒子/粒子团在扫描控制机构的作用下可在到达对应的虚拟空间像素点位置时被激发点亮。在扫描控制机构的控制下，可以使用单个磁脉冲同时激发一批虚拟像素点的像素以节省扫描时间开销。

在扫描控制机构的控制下，通过调整粒子阵列中粒子/粒子团的速度及激励磁场强度，改变受激韧致辐射发光光谱，生成彩色图像或者单色图像。上述控制过程中，扫描控制机构须预判每一批粒子/粒子团到达显示区域3的对应空间虚拟像素点的时间，从而在适当的时刻启动激发线圈组2，激发到达空间虚拟像素点的粒子/粒子团，以动态粒子韧致辐射效应点亮该像素点。该空间成像系统不依赖于任何固体介质，可以在空气中或者真空中，生成动态/静态的彩色/单色三维图像。

作为本申请实施例提供的空间成像系统的一种具体实施方式，该粒子源阵列1为电子枪阵列，电子枪阵列可产生电子并使电子具备一定初速；相应地，粒子阵列中的粒子优选为电子，相对于其他粒子，电子的质量较小，在当前工程技术条件下电子束更容易获得，也容易加速，动态电子被激发之后产生的韧致辐射效应也比其他重粒子更明显。

本申请通过设置粒子源阵列产生并加速粒子阵列，并使用激发线圈组产生激发磁场，激发到达对应位置的粒子/粒子团使其发生韧致辐射效应形成三维图像，粒子源阵列产生的粒子阵列可以在一个批次上同时生成多个粒子/粒子团，无需采用偏转场对粒子/粒子团进行偏转控制，使粒子可以按照出射的轨迹继续运动，避免了复杂的偏转场控制，降低了控制的复杂程度，有效提高了控制精度，且避免了偏转造成的粒子能量损失，易于实现。

请参阅图2，为本申请实施例二提供的一种空间成像系统的结构示意图，在上述实施例一的基础上，该空间成像系统还包括粒子加速装置4，粒子加速装置4设于粒子源阵列1和显示区域3之间，可对粒子源阵列1射出的粒子做二次加速，粒子经过粒子加速装置4后进入显示区域3，粒子加速装置4可为电场加速器但仅用于粒子源阵列赋予粒子的初速不足的情况下。当然，在该空间成像系统中，粒子源阵列1本身可将粒子加速到需求参数的情况下，也可省略粒子加速装置4，可通过调整粒子源阵列1的各项参数，使粒子源阵列1射出粒子速度满足显示区域3所在激励磁场的要求。另外，如图2所示，粒子加速装置4与粒子源阵列1射出方向呈前后放置。

扫描控制机构连接粒子加速装置4，该扫描控制机构通过控制粒子加速装置4加速粒子阵列中粒子的速度，使加速后的粒子束具备适当速度并在显示区域3形成动态三维粒子阵列，该动态三维粒子阵列的截面可为二维封闭截面，截面扫描方式可为二维平面扫描。

请参阅图1及图2，作为本申请实施例提供的空间成像系统的一种具体实施方式，使用的粒子为非相对论性粒子时，由扫描线矩阵组成显示区域3为长方体，粒子束在粒子激发线圈组2的激发下产生韧致辐射，图像视角几乎为全向视角可见，为各向同性。粒子在显示区域3正面的韧致辐射强度与显示区域3侧面韧致辐射强度之间的差距不大，对于观察者而言，单一视角的韧致辐射强度几乎是一致的，其平均韧致辐射功率 γ₀为电子经典半径，c为光速，为粒子速率与电子速率比值，B为磁场强度，m₀为电子静止质量，e为电子的电荷量。其中，erg/s为尔格/秒。回旋韧致辐射的频率几乎全部落在其基频上，回旋韧致辐射的基频为其中其韧致辐射发光的单色性较好。在该实施例中，激发线圈组2对于粒子韧致辐射的激发属于脉冲式瞬间激发特定像素点，相对于在特定像素点附近的瞬间磁激励扫描脉冲，可认为是均匀磁场。

请参阅图3，作为本申请实施例三提供的一种空间成像系统的一种具体实施方式，使用的粒子为相对论性粒子束时，由扫描线矩阵组成显示区域3为方锥形，方锥形的顶点处为观察区域。相对论性粒子束受激时，产生的韧致辐射为同步辐射。由于同步韧致辐射方向性极强，韧致辐射强度大，所以在该实施例中，只能在观察区域的特定点附近观察到在显示区投射出的图像，其他方向和位置均看不到任何图像。同步韧致辐射的平均韧致辐射功率为同步韧致辐射的基频频谱为峰频为ρ为电子运动的曲率半径。

请参阅图1及图2，作为本申请提供的空间成像系统的一种具体实施方式，激发线圈组2为波荡器21，请参阅图4为本申请实施例四提供的一种空间成像系统的结构示意图，其中，激发线圈组2为偏转磁铁22。如图1所示，使用波荡器21激发粒子会限制所显示图像的尺寸，并可能影响观察角度，但是波荡器21产生的磁场线性较好。如图4所示，单个的偏转磁铁22产生的磁场相对较弱且磁力线走向线性度较差，对扫描控制机构的参数控制要求稍高。

请继续参阅图1及图2，作为本申请提供的空间成像系统的一种具体实施方式，粒子阵列穿过显示区域3的背面入射，激发线圈组2设于显示区域3的侧面，扫描控制机构控制激发线圈组2以脉冲的方式扫描，在粒子到达对应的空间像素点时激发粒子产生韧致辐射，点亮该像素点，并可将粒子偏离正面观测区，避免正面观测区的观察者受到粒子的照射。

请继续参阅图1及图2，作为本申请提供的空间成像系统的一种具体实施方式，由于每一个空间像素点的位置不同，粒子到达对应的空间像素点所用的时间也不同，通过扫描控制机构控制各粒子/粒子团的速度，可使射向若干个空间像素点的粒子同时到达其目标像素点，然后激发线圈组2激发粒子，点亮空间像素点，形成多点对时扫描而非逐点扫描，大大节省了投射时间，例如，粒子源阵列1每次发射一个批次或者截面的粒子阵列。

请继续参阅图1，作为本申请提供的空间成像系统的一种具体实施方式，该空间成像系统还包括内部真空的真空外壳，粒子源阵列1设于真空外壳内，激发线圈组2可设于真空外壳内，也可设于真空外壳外。请继续参阅图2，作为本申请提供的空间成像系统的一种具体实施方式，该空间成像系统还包括内部真空的真空外壳，粒子源阵列1设于真空外壳内，粒子加速装置4和激发线圈组2可设于真空外壳内，也可设于真空外壳外。真空外壳的内部真空，尽可能地减少了粒子束在空气传输中的损耗。在真空外壳上，粒子的出射面使用低密度材料，减小其对粒子的阻碍。虽然低密度材料的原子核一样会对通过的粒子团产生韧致辐射，但是相对于整个图像阵列的粒子数量而言，其对极少数粒子/粒子团的瞬间阻碍作用可以忽略不计，如同电视机的单帧像素点偶发错误一样，不会对视觉暂留产生的三维图像有较大影响。

请继续参阅图1及图2，作为本申请提供的投射空间成像系统的一种具体实施方式，激发线圈组2产生的磁场方向与粒子束呈预定夹角设置，使粒子束产生韧致辐射效应。该预设夹角在0°～180°之间，优选该预定夹角为90°，此时，粒子束的韧致辐射效应最大。

请继续参阅图1及图2，作为本申请提供的空间成像系统的一种具体实施方式，扫描控制机构动态调整发射的粒子的能量、速度、粒子团的粒子数量以及激发线圈组2的磁场强度等，可以改变辐射的波长和平均辐射功率，得到彩色显示的三维图像。在显示较大图像或者高清图像的情况下，为了增加单位空间的像素密度，粒子源阵列1可以采用多层粒子源阵列错位前后叠加构成。

请参阅图5，作为本申请提供的空间成像系统的一种具体实施方式，对于普通的非透视图像，粒子阵列只需进行三维图像5的二维截面边界的扫描，同样，磁场只需激发三维图像5表面的空间像素点，无需点亮三维图像5内部的空间像素点。在此种情况下，粒子阵列的二维平面扫描可以省略三维图像5截面中无图像边界的区域，只需做立体图像的边界扫描，节省了扫描消耗和硬件资源。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。