[发明专利]用于流场诊断的快速荧光寿命成像系统及方法

权利要求书

1.一种用于流场诊断的快速荧光寿命成像系统，其特征在于：包括脉冲激光器(1)、片光整形装置(2)、流场发生装置(3)、滤波片(4)、分幅相机(5)及数据处理装置(6)；

所述脉冲激光器(1)同时发射激光脉冲和电信号，所述激光脉冲为单脉冲能量在毫焦量级的皮秒激光脉冲，激光脉冲的波长与流场发生装置(3)中待测目标中待测组份的激发波长相等；

所述片光整形装置(2)用于将激光脉冲整形为片光；

所述流场发生装置(3)用于提供待测目标流场，待测目标流场经所述片光照射后，待测目标流场中的待测组份发射荧光信号；

所述滤波片(4)用于透过所述荧光信号并滤除杂散信号，所述杂散信号包括激光脉冲；

所述分幅相机(5)包括同步控制装置和四台门控相机，同步控制装置用于控制四台门控相机的曝光时间门及延时；

所述分幅相机(5)与脉冲激光器(1)连接，所述脉冲激光器(1)发射的电信号触发分幅相机(5)，通过所述同步控制装置控制四台门控相机，对经滤波片(4)滤波后的荧光信号进行曝光，获得四分幅图像；

所述数据处理装置(6)与分幅相机(5)连接，用于接收分幅相机(5)捕获的四分幅图像，采用荧光寿命算法处理四分幅图像，得到荧光寿命图像并显示；

所述荧光寿命算法是基于最小二乘法或最大似然法的拟合算法，或是基于快速荧光寿命算法的非拟合算法。

2.根据权利要求1所述用于流场诊断的快速荧光寿命成像系统，其特征在于：所述分幅相机(5)为分孔径式分幅相机或分振幅式分幅相机或者转镜式分幅相机。

3.根据权利要求1所述用于流场诊断的快速荧光寿命成像系统，其特征在于：所述门控相机为像增强型CCD或像增强型CMOS相机。

4.根据权利要求1至3任一所述用于流场诊断的快速荧光寿命成像系统，其特征在于：所述滤光片为带通滤波片(4)或者长通滤波片(4)。

5.根据权利要求4所述用于流场诊断的快速荧光寿命成像系统，其特征在于：所述片光整形装置(2)包括沿激光传输方向依次设置的扩束镜和准直镜。

6.一种用于流场诊断的双指数衰减模型快速荧光寿命成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、脉冲激光器(1)发射一个单脉冲能量在毫焦量级的皮秒激光脉冲，该皮秒激光脉冲的波长对应于流场发生装置(3)中待测目标中待测组份的激发波长；

同时，脉冲激光器(1)发射一个电信号；

步骤二、皮秒激光脉冲经片光整形装置(2)整形为片光；

步骤三、片光照射流场发生装置(3)产生的待测目标流场，使待测目标流场中的待测组份发射荧光信号，并经滤波片(4)滤除杂散信号；

步骤四、脉冲激光器(1)发射的电信号触发分幅相机(5)，使其对经滤波片(4)滤除后的荧光信号进行曝光，获得记录四张具有不同曝光时间门的荧光强度图像；

步骤五、将分幅相机(5)捕获的四张荧光强度图像传送到数据处理装置(6)，利用拟合算法进行双指数衰减模型下的荧光寿命图像计算及显示。

7.根据权利要求6所述用于流场诊断的双指数衰减模型快速荧光寿命成像方法，其特征在于，步骤五中，双指数衰减模型为：

I＝A₁exp(-t/τ₁)+A₂exp(-t/τ₂)；

其中，I为时变荧光信号强度，t为时间，A₁、A₂为2个预指数因子，τ₁、τ₂为2个不同的荧光寿命。

8.一种用于流场诊断的单指数衰减模型高重频快速荧光寿命成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、脉冲激光器(1)连续发射两个重频为KHz～MHz、能量在毫焦量级的皮秒激光脉冲，该皮秒激光脉冲的波长对应于流场发生装置(3)中待测目标中待测组份的激发波长；

同时，脉冲激光器(1)发射一个电信号；

步骤二、两个皮秒激光脉冲经片光整形装置(2)整形为两个片光；

步骤三、两个片光先后照射流场发生装置(3)产生的待测目标流场，使待测目标流场中的待测目标组份发射两个荧光信号，并经滤波片(4)滤除杂散信号；

其中，两个荧光信号分别为第一荧光信号和第二荧光信号；

步骤四、脉冲激光器(1)发射的电信号触发分幅相机(5)，使其对经滤波片(4)滤除后的第一荧光信号和第二荧光信号进行曝光；

分幅相机(5)的其中两台门控相机对第一荧光信号进行曝光，获得记录第一荧光信号的两张具有不同曝光时间门的荧光强度图像；

分幅相机(5)的另外两台门控相机对第二荧光信号进行曝光，获得记录第二荧光信号的两张具有不同曝光时间门的荧光强度图像；

步骤五、将分幅相机(5)捕获的四张荧光强度图像传送到数据处理装置(6)，进行两张高重频荧光寿命图像的计算及显示。