[发明专利]一种互补测量的单光子光谱计数成像系统及方法

权利要求书

1.一种互补测量的单光子光谱计数成像系统，其特征在于，所述系统包含：

光学成像部件、空间光调制器、第一组收光准直部件、第二组收光准直部件、第一组光谱分光部件、第二组光谱分光部件、可见光单光子探测器线阵、近红外光单光子探测器线阵、多通道计数器及信息处理单元；其中，携带待测物体信息的光通过所述光学成像部件成像在所述空间光调制器上，经所述空间光调制器的随机光调制后的出射光被分成两臂方向传输；

所述第一组收光准直部件、第一组光谱分光部件和可见光单光子探测器线阵设置于第一臂方向，用于探测可见光光谱的光子，输出若干组脉冲波形；所述第二组收光准直部件、第二组光谱分光部件和近红外光单光子探测器线阵设置于第二臂方向，用于探测近红外光光谱的光子，输出若干组脉冲波形；

所述多通道计数器设置于经由所述可见光单光子探测器线阵和近红外光单光子探测器线阵后的电路上，用于对每个通道下的脉冲波形进行滤波、鉴别和累计计数；

所述信息处理单元根据所述空间光调制器上的互补矩阵、多通道计数器上的各计数值及多通道计数器上各计数通道所对应的波长信息，运用关联的压缩传感算法重建出可见光和近红外光的彩色图像，并能对特定波长下的成分进行进一步分析。

2.根据权利要求1所述的互补测量的单光子光谱计数成像系统，其特征在于，所述的可见光单光子探测器线阵和近红外光单光子探测器线阵是由若干个对应不同波长工作在盖革模式下的单光子点探测器组成的线性阵列，针对可见光波段和近红外光波段分别选择若干个对应不同波长的单光子点探测元件，可搭配多组滤光片使用；

所述可见光单光子探测器线阵和近红外光单光子探测器线阵两者位置能够相互置换；

所述可见光单光子探测器线阵和近红外光单光子探测器线阵的探测方式采用光纤准直或自由空间耦合方式；

其中，可见光单光子探测器线阵和近红外光单光子探测器线阵也可由雪崩二极管阵列使能某一行或某一列获得。

3.根据权利要求1所述的互补测量的单光子光谱计数成像系统，其特征在于，当空间光调制器上的随机矩阵每变换一次，所述多通道计数器记录一次计数，其输出的若干组计数值作为信息处理单元所采用的压缩传感算法中的测量值。

4.根据权利要求1所述的互补测量的单光子光谱计数成像系统，其特征在于，所述的第一组光谱分光部件和第二组光谱分光部件均包括：光准直部分、分光部分、角度测量部分、光度观察和测量部分；

收光部件与所述光准直部分配合使用，用于将空间光调制器上的某一臂方向上的出射光全部收集并初步准直。

5.根据权利要求1所述的互补测量的单光子光谱计数成像系统，其特征在于，当极弱光光强超出所述可见光单光子探测器线阵或近红外光单光子探测器线阵的探测范围时，在所述可见光单光子探测器线阵或近红外光单光子探测器线阵前的任意光路位置上设置衰减片，用于将光衰减到所述单光子探测器线阵的探测范围。

6.一种互补测量的单光子光谱计数成像方法，所述方法包含：

步骤101）携带待测物体信息的光通过光学成像部件成像在空间光调制器上，经所述空间光调制器的随机光调制，出射光以一定概率分成两臂方向；

步骤102）在两臂出射方向分别对光束进行分光和会聚收集，收集于可见光单光子探测器线阵和近红外光单光子探测器线阵中，以光子计数形式记录在多通道计数器中；

步骤103）通过压缩传感算法实现可见光和近红外光的彩色图像重建或相关光谱分析，完成互补测量的单光子光谱计数成像。