热核聚变产生巨大能量,ICF(惯性约束聚变)中的间接驱动研究在能源、军事、国防等方面有着十分重要的作用及巨大应用前景。在激光产生热核聚变的过程中,对于激光光束质量诊断及对激光参数测量是十分重要的。科学级CCD相机作为精密诊断器件,具备低噪声,大动态范围等特点,被广泛应用于激光光束常规诊断中,对激光光束远、近场分布、远场焦斑分布等参数进行诊断及测量。为激光打靶提供各种支撑数据,实现打靶前的光束诊断及打靶后的信息获取。本文在对国内外科学级CCD相机研究的基础上,致力于掌握其研发过程中的关键点以及相机研发、测量及标定体系的建立。并在此基础上开发出一款具备低噪声、大动态范围,且能够适用于强激光参数测量领域的科学级CCD相机成像系统。同时对相机在强激光测量领域内一些新应用及测试方法进行研究。1、在对国内外几款科学级CCD相机认真研究的基础上,针对所研制相机的主要应用环境,完成该款相机的设计方案、硬件选型、相机噪声前期研究分析及仿真、PCB板设计加工制造及相机安装及调试工作,最终研制了一款基于千兆以太网传输的科学级CCD相机。经过测试该相机各项参数指标在国内同类产品中处于领先地位。2、对于相机指标标定,设计了一套面向强激光参数测量应用中的科学级CCD相机指标标定系统。该系统由1053nm激光器,积分球、信号发生器、数据采集及计算显示计算机、控制软件组成。标定系统能够自动完成相机图像数据采集、指标计算,快速准确完成大批量科学级CCD相机的标定工作。提出了利用相机获取激光劈板干涉图像及通过理论计算得到干涉光强分布,经过数据处理得到相机响应非线性度的新方法。该套标定系统标定结果真实可靠,构成简单且标定速度快,为提供准确的ICF实验数据奠定了基础。3、在科学级CCD相机噪声分析中,将相机噪声分解为时间噪声和空间噪声。其中时间噪声主要评价多次测量带来的响应不一致性,而空间噪声主要用来对靶面像元响应不一致性即非均匀进行评价。通过设计测量系统对相机噪声进行了测量,并在此基础上分析了时空噪声的统计分布规律,建立了时空噪声的数学模型。为在测量过程中不确定性的评判提供了理论指导,同时也为下一步噪声处理提供了前提条件。该分析方法已经在实际中取得应用,并且取得了较好的效果。4、根据科学级CCD相机噪声的分析方法,基于相机噪声模型,针对时间噪声和空间噪声分别提出了适当的降噪方法。对于时间噪声,提出非抽样离散小波变换的方法进行降噪,经过理论计算及实验证明该小波算法对噪声有着良好去除效果。同时与之将常用的中值滤波降噪和线性最小均方误差估计法进行了比较,证明其在对时间噪声的去除方面有着较强作用;对于空间噪声,则采用离线标定方法进行去除。分析了相机非均匀性引起的原因,在对相机非均匀性进行校正中,针对相机在校正过程中每次的摆放位置与积分球之间的微小偏差使得非均匀性校正误差增大的原因进行了分析,提出了一种改良标定方法校正相机的非均匀性。通过数据分析,进一步指出了校正方法的使用范围,通过实验结果和数据显示,以上方法是十分有效的。5、在激光参数测量系统中,提出了利用科学级CCD相机进行能量测量备份能量计测量的新方法。探讨了测量脉冲激光能量的原理、方案、误差分析及实验室标定。通过实验数据获取及分析,证明该方法是可以实现科学级CCD相机进行激光能量测量和近场分布测量的复合型测量,并通过实验对该测量方法的误差进行了分析。同时还应用设计的相机在激光远场焦斑测量中进行了焦斑大动态范围测量测量实验,通过纹影法重构来实现远场焦斑大动态范围测量。通过对大型激光装置系统远场焦斑成功测量表明:应用该款相机及纹影法获得焦斑,再通过重构过程中的各种优化处理,能够实现大动态范围焦斑测量。