[发明专利]一种单光子压缩成像的控制装置及控制方法

权利要求书

1.一种单光子压缩成像的控制装置，其特征在于：包括同步控制脉冲产生模块（1）、门控光子计数模块（2）、测量矩阵加载模块（3）、脉冲展宽模块（4）、第一USB接口通信模块（5），第二USB接口通信模块（6），测量矩阵生成模块（7）；

所述的同步控制脉冲产生模块（1）的输入端输入高频时钟信号，所述同步控制脉冲产生模块（1）产生的同步控制脉冲信号同时输出至门控光子计数模块（2）和测量矩阵加载模块（3）；

所述的脉冲展宽模块（4）对输入的单光子脉冲展宽后输入门控光子计数模块（2）；所述的门控光子计数模块（2）与第二USB接口通信模块（6）相连，用于将门控光子计数模块（2）在同步控制脉冲信号控制下计数得到的光子计数值输出至PC；

所述的第一USB接口通信模块（5）与同步控制脉冲产生模块（1）相连，用于将PC输入的采样参数发送到同步控制脉冲产生模块（1）；

所述的第一USB接口通信模块（5）与测量矩阵加载模块（3）相连，用于将PC输入的测量矩阵生成参数发送到测量矩阵加载模块（3）；

所述的测量矩阵加载模块（3）与测量矩阵生成模块（7）相连，用于在测量矩阵加载模块（3）接收到测量矩阵生成指令时启动测量矩阵生成模块（7）生成测量矩阵；

所述的测量矩阵加载模块（3）和SDRAM相连，用于将生成的测量矩阵存储至SDRAM；

所述的测量矩阵加载模块（3）与DMD控制器相连, 用于测量矩阵加载模块在接收到同步控制脉冲信号的上升沿时，从SDRAM中读取一个测量矩阵发送到DMD控制器，同时将这个测量矩阵通过第一USB接口通信模块（5）发送到PC。

2.根据权利 要求1所述的单光子压缩成像的控制装置，其特征在于：所述的同步控制脉冲产生模块（1）、门控光子计数模块（2）、测量矩阵加载模块（3）、脉冲展宽模块（4）、第一USB接口通信模块（5）、 第二USB接口通信模块（6）和测量矩阵生成模块（7）用FPGA芯片实现。

3.一种基于权利要求1所述的单光子压缩成像控制装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）生成测量矩阵

1.1）设置测量矩阵生成参数

在上位机软件进行操作，将各测量矩阵生成参数通过第一USB接口通信模块（5）发送给测量矩阵加载模块（3）缓存；

1.2）在上位机软件进行操作, 发出测量矩阵生成指令，通过第一USB接口通信模块（5）发送给测量矩阵加载模块（3）；

1.3）测量矩阵加载模块（3）收到测量矩阵生成指令后，向测量矩阵生成模块（7）输出测量矩阵类型P，并启动测量矩阵生成模块（7）；

1.4）测量矩阵生成模块（7）生成一个测量矩阵；

1.5）测量矩阵加载模块（3）读取测量矩阵生成模块（7）生成的测量矩阵，存储至SDRAM；

1.6）重复1.4）-1.5），直至SDRAM中测量矩阵的个数等于预设的测量矩阵个数；

2）产生同步控制脉冲信号

2.1）设置采样参数

在上位机软件进行操作，将各采样参数通过第一USB接口通信模块（5）发送给同步控制脉冲产生模块（1）；

2.2）对外部输入的高频时钟信号进行分频产生采样频率脉冲信号，频率与预设的采样频率一致；

2.3）产生门控方波信号，方波的个数与预设的重复测量次数一致，每个方波内对应的采样频率脉冲的个数等于预设采样次数的值加一；

2.4）门控方波信号与采样频率脉冲信号相与得到同步控制脉冲信号；

3）同步控制脉冲信号输入测量矩阵加载模块（3）、门控光子计数模块（2）；

4）单光子脉冲输入脉冲展宽模块（4）进行展宽；

5) 门控光子计数模块（2）在检测到同步控制脉冲信号的上升沿时；判断是否为一组同步控制脉冲信号中的第一个同步控制脉冲，如果是，则对计数器清零，对输入的展宽单光子脉冲重新从0开始计数；如果不是，则将这个脉冲与前一脉冲间隔内的展宽单光子脉冲计数通过第一USB接口通信模块（6）输出至PC，同时计数器清零，对输入的展宽单光子脉冲重新从0开始计数；

6）测量矩阵加载模块（3）在接收到同步控制脉冲信号的上升沿时，判断是否为一组同步控制脉冲信号中的最后一个同步控制脉冲，如果不是，从SDRAM中读取一个测量矩阵发送到DMD控制器，同时将这个测量矩阵通过第一USB接口通信模块（5）发送到PC；如果是，则不发送数据。

4.根据权利要求3所述的单光子压缩成像控制装置的控制方法，其特征在于，所述的门控方波信号的产生采用如下状态机实现：

1）系统复位后，进入初始状态0，检测到开始测量信号上升沿，进入状态（1）；

2）进入状态（1）后，检测到采样频率脉冲信号上升沿后，重复测量次数减一，进入状态2；

3）进入状态（2）后，采用对高频时钟脉冲进行计数的方法实现延时 t₁， t₁应设置为大于一个采样频率周期内高电平持续时间且小于一个采样频率脉冲周期，延时结束进入状态3；

4）进入状态（3）后，输出高电平，对采样频率脉冲信号从0开始进行上升沿计数，当计数值等于预设的采样次数值加一后，进入状态（4）；

5）进入状态（4）后，采用对高频时钟脉冲进行计数的方法实现延时 t₂，t₂应设置为大于一个采样频率周期内高电平持续时间且小于一个采样频率脉冲周期，延时结束进入状态（5）；

6）进入状态（5）后，输出低电平，对高频时钟计数的方法延迟 t₃，延时结束进入状态6；

7）进入状态（6）后，如果重复次数值不为0，则回到状态（2） ，否则回到初始状态0。