[发明专利]超连续谱照明空间门弹道光成像装置和方法

说明书

本发明提供一种超连续谱照明空间门弹道光成像装置和方法。该成像光路上依次设有透镜，水，透镜，成像目标物体，透镜，空间滤波器，透镜及CCD；超连续谱照明抑制散斑使之成为均匀噪声背底；直接空间门选通弹道光成像利用低通滤波器滤除散射光噪声；直接空间门选通弹道光成像利用高通滤波器可以得到噪声背底，再用超连续谱照明成像减去噪声背底提取弹道光成像结果。该成像方法为：将飞秒激光聚焦到水中产生超连续谱，利用超连续谱照明，再利用空间滤波技术选通弹道光成像。本发明具有光路简单、成像对比度高的特定，迂回空间门还具有高分辨率的特点。

技术领域

本发明属于超快速成像与测量技术领域，涉及一种超连续谱照明空间门弹道光成像装置和方法。

背景技术

发展超快速成像与测量技术，在高速碰撞、高速流场、高压放电、视觉机制等瞬态过程研究领域，有着重要的应用价值。通常，利用光电技术可以实现毫秒至亚皮秒的高时间分辨成像，然而在分子结构动力学，超快速表面振动过程、极端时间分辨荧光显微成像等领域需要更快时间分辨能力，必须使用基于超快脉冲的光子成像技术。

在以超短脉冲作为照明光源实现超快速成像与测量时，成像系统的杂散光或者散射环境中的散射光会因为其自身的较强的相干性在探测器处发生随机性干涉而产生散斑。散斑是一种随机紊乱的“沸腾状”光场分布现象，它的存在会严重影响不受散射影响的弹道光成像的辨识度。

超连续谱具有皮秒量级的时间分辨能力，并且具有带宽大、稳定性好、重复频率由泵浦光源决定等特点，在快速成像与测量技术领域具有重要的应用价值。目前，超连续谱光源主要应用于荧光成像、荧光寿命成像、全反射式荧光显微|、单分子成像、宽频光谱学、光学同调断层扫描术、流式细胞仪等领域。因为其带宽大的特点，所以它的时间相干性相对于窄带超短脉冲严重退化。因此在超快速成像与测量中，以超连续谱作为照明光源可显著的抑制散斑，使其变成均匀的噪声背底，提高成像辨识度。

进一步，在强散射环境中，尤其在光学深度大于10的情况下，即使散斑被抑制，但因为散射光并没有被滤除而被探测器接受，所以成像对比度下降。当光学深度进一步增大时，目标物体成像完全被散射光背底淹没。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超连续谱照明空间门弹道光成像装置和方法，能够实现强散射环境中物体高辨识度、高对比度、高分辨率成像。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种结合超连续谱照明的空间门弹道光成像方法，(1)将飞秒激光器出射的飞秒脉冲激光聚焦在蒸馏水中产生超连续谱，并由第二凸透镜收集通过散射环境中目标物体。(2)被目标物体调制的超连续谱经第三凸透镜聚焦通过空间滤波器后由第四凸透镜收集在CCD上。空间滤波器是指高通滤波器或低通滤波器

超连续谱具有600nm的光谱宽度。

在散射环境光学深度(OD＝ln(II₀)，I为由散射环境透射的光强，I₀为入射散射环境的光强)小于6的散射条件下，通过光阑调控飞秒激光空间分布以及调节入射光场强度来产生稳定而且分布均匀的超连续谱光场分布。在光学深度大于6的散射条件下，增强飞秒激光功率聚焦到水中产生强的超连续谱来作为成像照明光源。

在散射环境光学深度小于6的散射条件下，不通过任何空间滤波器直接成像。在光学深度大于6的散射条件下，结合空间滤波器选通弹道光成像。

使用低通滤波器实现直接空间门弹道光成像，选通信号为：|E_low|²。E_low为目标物体低频成分。