[发明专利]基于稀疏约束的快速随机光学重构成像系统及方法

权利要求书

1.一种基于稀疏约束的快速随机光学重构成像系统实现快速随机光学重构成像方法，其特征在于：该系统至少包括

用于产生多色激发光的激发光源模块；

接收所述多色激发光后形成准直激发光的光纤耦合与全内反射模块；

对所述准直激发光进行成像、扫描、空间调制及探测的整合模块；

控制所述激发光源模块、光纤耦合与全内反射模块以及整合模块的时序电机控制模块；

探测采集到的数据，并进行随机重构成像处理和压缩感知处理的成像采集分析软件包；

该方法包括以下步骤：

1)、激发光源模块产生多色激发光并输出；

2)、光纤耦合与全内反射模块接收所述多色激发光后形成准直激发光并输出；

3)、整合模块接收所述准直激发光并对所述准直激发光进行成像、扫描、空间调制及探测；同时，时序电机控制模块控制所述激发光源模块、光纤耦合与全内反射模块以及整合模块；成像采集分析软件包探测采集到的数据，并进行随机重构成像处理和压缩感知处理；

所述整合模块包括放置探测物的三维纳米平移台、色镜和物镜以及压缩感知系统；所述色镜和物镜依次接收光纤耦合与全内反射模块输出的准直激发光至探测物上，所述压缩感知系统包括滤光片、前置成像透镜、空间随机相位调制器以及电子倍增电荷耦合器；

所述滤光片对探测物发出的宽带热光进行窄带滤波后，所述前置成像透镜将探测物按点到点方式成像于前置成像面；所述空间随机相位调制器对前置成像面上每一点发出的光场经过自由传输后进行空间随机相位调制；所述空间随机相位调制器输出的光形成散斑场于电子倍增电荷耦合器的探测面上，所述探测面上设有多个光电探测单元；所述多个光电探测单元在探测面上随机排布形成阵列，所述电子倍增电荷耦合器对光子数分布进行随机采样探测以及收集空间随机相位调制器输出的信噪比较高的荧光信号；

所述压缩感知处理通过相应的重构算法寻找信号的稀疏解，其中，f为目标信号，X为稀疏系数，Y为测量值，Ф为测量基，ψ为表达基，A为测量基Ф和表达基ψ所构建的矩阵。

2.根据权利要求1所述的实现快速随机光学重构成像方法，其特征在于：所述激发光源模块包括两组依次连接的连续激光器、二分之一波片、偏正分束器、光闸、二向色镜/银镜；所述连续激光器分别输出不同波长的多色单模激光；所述二分之一波片和偏正分束器对该多色单模激光进行强度和相位调制后输出；所述光闸通过其开关进行时序与同步控制、所述二向色镜和银镜接收光闸输出的激光；所述二向色镜和银镜将两个方向的多色单模激光统一入射至一光纤耦合器中形成随机重构光学成像的多色激发光。

3.根据权利要求1所述的实现快速随机光学重构成像方法，其特征在于：所述光纤耦合与全内反射模块包括第一反射镜和第二反射镜以及聚焦透镜；所述第一反射镜和第二反射镜精确控制多色激发光源的空间位置后并输出多色激发光聚焦于物镜的后焦平面。