[发明专利]一种互补测量的单光子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计数成像系统，其特征在于，所述系统包括：光学成像部件、空间光调制器、第一会聚收光部件、第二会聚收光部件、可见光单光子点探测器、近红外光单光子点探测器和多通道计数器；

极弱光经所述光学成像部件成像在所述空间光调制器上，所述空间光调制器向两臂方向反光；其中，第一臂反射方向设置有第一会聚收光部件和可见光单光子点探测器，第二臂方向设置有第二会聚收光部件和近红外光单光子点探测器，同时探测两个方向上的光子，其总光子数分别记录在多通道计数器的两个计数通道中，根据互补矩阵和计数值分别恢复可见光和近红外光的灰度图像。

2.根据权利要求1所述的互补测量的单光子计数成像系统，其特征在于，当极弱光光强超出可见光单光子点探测器和近红外光单光子点探测器的探测范围时，在可见光单光子点探测器或近红外光单光子点探测器前的任意光路位置上设置衰减片，用于将光衰减到可见光单光子点探测器或近红外光单光子点探测器的探测范围。

3.根据权利要求1所述的互补测量的单光子计数成像系统，其特征在于，所述可见光单光子点探测器和近红外光单光子点探测器的位置可置换。

4.一种互补测量的单光子计数成像方法，所述方法包含：

步骤1，用于压缩采样的步骤：

由空间光调制器对入射至其上的光进行随机光调制，使得两路出射光分别以一定概率投向后续的第一会聚收光部件和可见光单光子探测器与第二会聚收光部件和近红外光单光子点探测器，所述空间光调制器上的随机阵列每变换一次，同时测量并记录下两个会聚点上的总光子数，测量M次，其中M远小于信号维度N，完成被测信号在可见光波段和近红外光波段的同时压缩采样；

其中，所述空间光调制器是指在随时间变化的信号的控制下，对空间上光分布的强度进行调制的实时光信息处理器件，将按空间光调制器规定的角度入射的光以一定概率反射至两个方向，所述随机光调制是指空间光调制器上的调制矩阵的是真随机的，采用二值表征反射方向的状态；

步骤2，用于稀疏重建的步骤：

将可见光单光子点探测器和近红外光单光子点探测器在空间光调制器随机阵列两次变换间隔内探测到的总光子数作为两组测量值y_i和y_i′，分别对应随机矩阵a_i和矩阵的补a_i′，由于矩阵元素用0和1二值表示，矩阵的补即I-a，其中I是单位阵，将a_i和a_i′分别拉伸至一行，分别作为可见光测量矩阵A和近红外光测量矩阵A′中的第i行，测量M次，两个测量矩阵都共计M行，y和y′都共计M个值，利用关联的压缩传感重建算法便可重建出观测对象在可见光波段和近红外光波段的灰度图像。