[发明专利]一种单光子压缩成像的控制装置及控制方法

说明书

本发明涉及微弱光成像领域，特别涉及微弱光成像领域中一种单光子压缩成像的控制装置及其控制方法。一种单光子压缩成像的控制装置，包括同步控制脉冲产生模块、门控光子计数模块、测量矩阵加载模块、脉冲展宽模块、第一USB接口通信模块，第二USB接口通信模块，测量矩阵生成模块。本发明提出的一种单光子压缩成像的控制装置可以根据需要对采样频率（即DMD翻转频率）、测量次数以及整个实验的重复次数等参数进行灵活设置。

技术领域

本发明涉及微弱光成像领域，特别涉及微弱光成像领域中一种单光子压缩成像的控制装置及其控制方法。

背景技术

光子计数成像是利用光子计数技术进行极弱光成像的方法，在生物医学检测、深空探测、光谱测量等微弱光探测领域具有广泛的应用前景。目前具有单光子计数能力的探测器主要有光电倍增管、雪崩光电倍增管、超导单光子探测器。要获得足够的空间分辨通常有两种解决途径，一种是使用单光子阵列探测器(即雪崩二极管阵列)，但是目前雪崩二极管阵列还处于科研阶段，市场上现有的最高精度的雪崩二极管阵列仅有32×32像素，且单光子阵列探测器封装工艺难度大，很难保证性能的一致稳定性。因此，使用单光子阵列探测器进行弱光成像的方法存在较大局限。另一种较为直接的解决办法是单光子点探测器与光机扫描元件结合，对成像空间进行逐点扫描，存在扫描时间长、光子收集效率低、时间分辨能力低等问题，且机械式扫描会降低系统稳定性。

2008年Rice大学的Romber和Baraniuk等提出的单像素照相机的方案为上述问题提供了新的思路，即将光子计数技术与单像素照相相结合的压缩成像方案。

由于每次测量，点探测器收集的光通量远大于逐点扫描和和面阵探测器单位像素上获得的光通量，因此它比多像素成像方法具有更高的灵敏度。由于典型的点探测器将探测到的光信号转化为电流信号输出，精度较差，在强光下，单像素照相机的上述优势并不明显。若将其应用于极弱光探测，其中点探测器采用单光子探测器，利用光子计数值和光强良好的线性关系，上述优势能凸显出来，实现超灵敏度的光子计数成像。要实现上述超灵敏度的单光子压缩成像，测量矩阵加载和光子计数的同步是系统的关键，目前没有相关解决方案的报道。

发明内容

本发明的目的在于为实现超灵敏度的光子计数压缩成像，设计一种单光子压缩成像的控制装置及其控制方法。

为了实现本发明的目的，本发明采用的技术手段为：

一种单光子压缩成像的控制装置，包括同步控制脉冲产生模块、门控光子计数模块、测量矩阵加载模块、脉冲展宽模块、第一USB接口通信模块，第二USB接口通信模块，测量矩阵生成模块；

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

所述的脉冲展宽模块对输入的单光子脉冲展宽后输入门控光子计数模块；所述的门控光子计数模块与第二USB接口通信模块相连，用于将门控光子计数模块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接口通信模块与同步控制脉冲产生模块相连，用于将PC输入的采样参数发送到同步控制脉冲产生模块；

所述的第一USB接口通信模块与测量矩阵加载模块相连，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；

所述的测量矩阵加载模块与测量矩阵生成模块相连，用于在测量矩阵加载模块接收到测量矩阵生成指令时启动测量矩阵生成模块生成测量矩阵；

所述的测量矩阵加载模块和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接口通信模块发送到PC。