三维离子速度聚焦影像的处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及精密测试仪器技术领域，尤其涉及一种三维离子速度聚焦影像的处理 方法。
【背景技术】
[0002] 目前，三维离子速度聚焦影像技术已经成为一项十分成熟且应用广泛的研宄手 段。该技术能直观精确地反映离子解离过程中解离碎片的内能和角度分布，继而得到激发 后反应物的初始能态布居、反应的速率大小等，故在分子光解研宄、交叉分子束等方面有着 非常重要的应用。
[0003] 在三维离子速度聚焦影像技术中，针对离子速度切片影像，具有专门的处理方法。 该处理方法包括：对离子影像矩阵进行优化处理；对优化矩阵进行变换，得到半径矩阵和 角度矩阵；计算速度积分和角度积分，得到离子影像的速度分布和角分布；对角分布进行 拟合，得到离子解离时的各向异性参数值。
[0004] 在实现本发明的过程中，申请人发现上述离子速度切片影像的处理方法存在以下 缺陷：在影像采集的过程中，由于CCD相机角度倾斜或飞行时间质谱电场扭曲等难以克服 的问题，会使采集到的影像产生扭曲，而现有的处理方法没有对影像扭曲进行考虑，若直接 采用现有的影像处理方法对采集到的扭曲的影像进行处理，会使得到的解离碎片的速度分 辨明显下降以及各向异性参数值误差变大。
【发明内容】
[0005](一）要解决的技术问题
[0006] 鉴于上述技术问题，本发明提供了一种三维离子速度聚焦影像的处理方法，以解 决现有技术未对影像扭曲进行考虑的缺陷。
[0007](二）技术方案
[0008] 本发明三维离子速度聚焦影像的处理方法包括：步骤A:将三维离子速度聚焦影 像进行优化预处理，该优化预处理包括：将三维离子速度聚焦影像中的奇异点与负背景点 扣除；步骤B :对优化预处理后的三维离子速度聚焦影像，通过画圆确定影像圆环的中心位 置，对其进行横向和纵向平移，将影像圆环的中心移至整个矩阵的中心处；步骤C:对影像 圆环的中心移至整个矩阵中心处的三维离子速度聚焦影像，计算其角分布；步骤D :对三维 离子速度聚焦影像的角分布进行拟合，根据曲线拟合情况得到CCD相机摆放不正导致影像 旋转的角度9 〇;步骤E:将三维离子速度聚焦影像旋转0 ^角度，使三维离子速度聚焦影像 的对称纵轴与竖直线完全重合；步骤F :对旋转0 ^角度后的三维离子速度聚焦影像，根据 其扭曲情况，将其沿横轴或纵轴进行压缩，使影像变得比以前稍圆，即粗调；以及步骤G:对 完成粗调后的三维离子速度聚焦影像进行扭曲的微调，使影像变得更圆。
[0009](三）有益效果
[0010] 本发明通过对矩阵进行优化变换实现了影像的优化变换：扣除奇异点和负背景， 进行影像平移，拟合得出旋转补偿角，旋转影像，以及定量实施矩阵变换和对称化处理还原 出理想的三维离子速度聚焦影像，由最终还原的三维离子速度聚焦影像得出的速度分布和 角分布以及各向异性参数都更准确。
【附图说明】
[0011] 图1为本发明实施例三维离子速度聚焦影像的处理方法的流程图；
[0012] 图2为图1所示处理方法中优化预处理步骤的详细流程图；
[0013] 图3为图1所示处理方法中影像圆环的中心位置平移步骤的详细流程图；
[0014] 图4为图1所示处理方法中计算三维离子速度聚焦影像角分布子步骤的详细流程 图；
[0015] 图5为图1所示处理方法中确定影像旋转角度子步骤的详细流程图；
[0016] 图6为图1所示处理方法中影像旋转步骤的详细流程图；
[0017] 图7为图1所示处理方法中影像压缩粗调步骤的详细流程图；
[0018] 图8为图1所示处理方法中影像定量变换微调步骤的详细流程图；
[0019] 图9为图1所示处理方法中计算影像速度分布步骤的详细流程图；
[0020] 图10为图1所示处理方法中影像对称化步骤的详细流程图；
[0021] 图11为本发明实施例的原始离子影像示意图；
[0022] 图12为本发明实施例的原始离子影像优化处理示意图；
[0023] 图13为本发明实施例的设置参数画圆确定圆心示意图；
[0024] 图14为本发明实施例的优化后离子影像进行平移操作示意图；
[0025] 图15为本发明实施例的离子影像扭曲调整前的速度分布示意图；
[0026] 图16为本发明实施例的离子影像角分布示意图；
[0027] 图17为本发明实施例的通过拟合离子角分布确定旋转角度示意图；
[0028] 图18为本发明实施例的离子影像旋转操作示意图；
[0029] 图19为本发明实施例的离子影像扭曲粗调示意图；
[0030] 图20A为本发明实施例的离子影像扭曲微调示意图；
[0031] 图20B为本发明实施例的微调公式中每个系数的作用效果示意图；
[0032] 图21为本发明实施例的调整后离子影像的速度分布示意图；
[0033] 图22为本发明实施例的调整后离子影像的角分布拟合示意图；
[0034] 图23为本发明实施例的离子影像对称化处理示意图。
【具体实施方式】
[0035] 本发明提出了一种能对离子影像进行优化、定量变换，实现影像扭曲得到有效调 整的处理方法。
[0036] 以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进行进一步详细说明。需要说明的 是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员 所知的形式，将不再详细说明。
[0037] 在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种三维离子速度聚焦影像的处理方 法。在介绍离子影像处理方法之前，需说明的是，三维离子速度聚焦影像可看作一个矩阵， 因此处理离子影像时也就是对其对应的矩阵进行操作。图1为本发明实施例三维离子速度 聚焦影像的处理方法的流程图。如图1所示，本实施例三维离子速度聚焦影像的处理方法 包括：
[0038] 步骤A:将三维离子速度聚焦影像进行优化预处理，该优化预处理包括：将三维离 子速度聚焦影像中奇异点与负背景点扣除；
[0039] 其中，奇异点是矩阵中强度值极大的点，其强度数值是离子信号点的最大值的 10 2~10 3倍，故需将其扣除，以便后面对影像进行观测。另外，影像中还会出现一些负背景 点，负背景点是指强度数值为负数的点，是由采像软件处理时导致，由于负背景点会对离子 速度分布及角分布的计算带来一定的误差，故需将其一并扣除。
[0040] 本步骤的目的是消除影像中的奇异点和负背景点，使影像清楚展现，其为进行后 续操作处理的基础，简单却很有必要。
[0041] 图2为图1所示处理方法中优化预处理步骤的详细流程图。请参照图2, i，j分别 对应矩阵的行和列，I (i，j)表示对应矩阵第i行第j列的矩阵值。
[0042] 如图2所示，该优化预处理步骤具体包括：
[0043] 步骤：201:将i、j都赋初值为0;
[0044] 步骤202:设置循环步，将i = i+1作为外循环；
[0045] 步骤203:将j = j+1作为内循环；
[0046] 步骤204:将奇异点和负背景点扣除，即判断I(i，j)是否大于M或小于0,若是，执 行步骤205;否则，执行步骤206;
[0047] 其中，对于大于M的点判定为奇异点，小于0的点判定为负背景点。
[0048]步骤 205:令 I(i，j) = 0;
[0049] 步骤206:判断是否j < n，若是，执行步骤203;否则，内循环结束，执行步骤207;
[0050] 步骤207:判断是否i < m，若是，执行步骤202;否则，外循环结束，整个影像的优 化过程结束。
[0051] 其中，步骤204中的M值可根据实验影像的具体情况自行设定，只要在保证离子信 号点的前提下能达到扣除奇异点的目的即可。一般情况下，该M值取离子信号点的最大值 的10倍为宜（离子信号点的最大值可直接在程序中运用max函数找到）。
[0052] 步骤B :对优化预处理后的三维离子速度聚焦影像，通过画圆确定影像圆环的中 心位置，对三维离子速度聚焦影像进行横向和纵向平移，将影像圆环的中心移至整个矩阵 的中心处；
[0053] 在matlab程序平台中有众多矩阵操作函数可直接调用，但许多操作函数（如矩阵 旋转，矩阵翻转等）都立足于矩阵的中心位置。由于采集到的影像圆环的中心与整个矩阵 中心很难实现重合，若想直接调用相关函数对影像圆环进行处理，则需将影像圆环的中心 移至矩阵中心才行，该步骤对简化后续编程起到非常重要的作用。
[0054] 图3为图1所示处理方法中影像圆环的中心位置平移步骤的详细流程图。请参照 图3,该步骤B具体包括：
[0055]影像的横向平移步骤：判定义^与m/2的大小关系（步骤301)，若XdCm/2,将影 像往i增大的方向移动m/2-x/h单位（步骤302)，若x m/2,将影像往i减小的方向移 动&-!11/2个单位（步骤303)。其中X(l，y(l分别表示影像圆环的中心横坐标与纵坐标（通过 画圆确定），m，n分别是整个矩阵的行数和列数，m/2, n/2为整个矩阵的中心位置（为已知 值）；
[0056] 对于影像的横向平移，进一步的详细说明如下：
[0057] (I)对于XdC m/2的情况，将影像往i增大的方向移动m/2-x 个单位。影像的横 向平移具体操作为：
[0058] 将影像分为两块进行处理，其中，j彡n，i彡m/2+x。的作为第一块；j彡n，m彡i > m/2+x。的作为第二块。
[0059] 对于第一块
[0060] ⑴将i，j都赋初值为0 ;
[0061] (ii)设置循环步，j = j+1作为外循环，i = i+1作为内循环；
[0062] (iii)将 I (i，j)移至 I' (i+m/2_x0, j)，即 I '（i+m/2_x0, j) = I (i，j);
[0063] (iv)设置循环终止步，当i循环至111/2+&时，内循环结束，外循环循环一次；当j 循环至n且i循环至m/2+^时，内外循环都结束，第一块影像平移结束。
[0064] 对于第二块
[0065] ⑴将i赋初值为m/2+x0, j赋初值为0 ;
[0066] (ii)设置循环步，j = j+1作为外循环，i = i+1作为内循环；
[0067] (iii)将 I (i，j)移至 I' (i-m/2_x〇，j)，即 I' (i-m/2_x〇，j) = I (i，j);
[0068] (iv)设置循环终止步，当i循环至m，内循环结束，外循环循环一次；当j循环至n 且i循环至m时，内外循环都结束，第二块影像平移结束。
[0069] 此时，该种情况下的影像横向平移完成；
[0070] (II)对于X0 m/2的情况，将影像往i减小的方向移动x crm/2个单位。影像的 横向平移具体操作为：
[0071] 同样将影像分为两块进行处理，j彡n，m彡i > X(l-m/2作为第一块；j <n， i < x^m/^作为第二块。
[0072] 对于第一块
[0073] ⑴将i赋初值为Xo-m/2, j都赋初值为0 ;
[0074] (ii)设置循环步，j = j+1作为外循环，i = i+1作为内循环；
[0075] (iii)将 I (i，j)移至 I' (i-x0+m/2, j)，即 I ' （i-x0+m/2, j) = I (i，j);
[0076] (iv)设置循环终止步，当i循环至m时，内循环结束，外循环循环一次；当j循环 至n且i循环至m时，内外循环都结束，第一块影像平移结束。
[0077] 对于第二块
[0078] ⑴将i，j都赋初值为0 ;
[0079] (ii)设置循环步，j = j+1作为外循环，i = i+1作为内循环；
[0080] (iii)将 I (i，j)移至 I ' （i+3m/2_x〇，j)，即 I ' （i+3m/2_x〇，j) = I (i，j);
[0081] (iv)设置循环终止步，当i循环至X(1-m/2时，内循环结束，外循环循环一次；当j 循环至n且i循环至 X(l-m/2时，内外循环都结束，第二块影像平移结束。
[0082] 此时，该种情况下的影像横向平移完成；
[0083] 横向平移完成后，再对影像进行纵向平移，其方法和原理与横向的操作完全一致。
[0084] 影像的纵向平移步骤：判定yQ与n/2的大小关系（步骤304)，若y Q< n/2,将影像 往j增大的方向移动n/2-y(l个单位（步骤305)，若y ^多n/2,将影像往j减小的方向移动 y0-n/2个单位（步骤306)。