[发明专利]电子压缩感知超快成像装置及制备方法

权利要求书

1.一种电子压缩感知超快成像装置，其特征在于，包括：依次设置且密封连接的电子枪(1)、测量腔(2)、扫描腔(3)和电子成像记录单元(4)，以及用于放置样品的一端位于所述测量腔(2)内的样品架(5)，和位于所述扫描腔(3)内的扫描极板(61)，还包括：

金属掩模板(7)，位于所述扫描腔(3)内，且介于所述样品架(5)和所述扫描极板(61)之间，包括采用伪随机二值矩阵分布的镂空像元和非镂空像元，所述非镂空像元中的各处均连通；

所述电子枪(1)用于产生电子束并射入样品表面，以生成包含样品结构信息的电子斑；部分电子斑通过所述镂空像元后输出，其余电子斑被所述非镂空像元阻挡，以对所述电子斑进行编码；编码后的电子斑经所述扫描极板(61)偏转后，在所述电子成像记录单元(4)中成像；

装置还包括激励光传输单元(81)和泵浦光传输单元(82)；

所述激励光传输单元(81)用于将外部激励光传输至所述电子枪(1)的光电阴极，以激励所述光电阴极发射电子束；

所述泵浦光传输单元(82)用于将外部泵浦光传输至所述样品表面，以激发所述样品在所述电子束的作用下生成所述电子斑，其中，所述外部泵浦光包括激光器直接输出的基频光以及利用所述基频光产生的其他波长的泵浦信号，所述外部激励光、所述外部泵浦光以及所述外部触发信号同步。

2.如权利要求1所述的电子压缩感知超快成像装置，其特征在于，还包括扫描单元(6)，所述扫描单元(6)包括依次连接的数字延时发生器(62)、扫描电路(63)和所述扫描极板(61)，所述扫描电路(63)为条纹相机扫描电路；所述数字延时发生器(62)用于对外部触发信号进行延时；所述扫描电路(63)基于延时后的触发信号生成脉冲时变电压；所述扫描极板(61)加载所述脉冲时变电压，以将编码后的电子斑偏转到所述电子成像记录单元(4)的不同位置。

3.如权利要求1所述的电子压缩感知超快成像装置，其特征在于，所述样品架(5)中设置有多个维度的平移轴和/或旋转轴，用于平移和/或旋转所述样品；和/或，所述样品架(5)中用于放置样品的一端设置有加热模块和冷却模块，分别用于加热和冷却所述样品。

4.如权利要求1所述的电子压缩感知超快成像装置，其特征在于，所述电子成像记录单元(4)包括位置灵敏电子探测器(41)和成像相机(42)，所述成像相机(42)位于真空腔体外，所述真空腔体由电子枪(1)、测量腔(2)、扫描腔(3)和位置灵敏电子探测器(41)依次密封连接后形成。

5.如权利要求4所述的电子压缩感知超快成像装置，其特征在于，还包括解码重构单元，连接所述成像相机(42)，用于采用二次迭代阈值压缩算法，对所述成像相机(42)采集到的时间偏移的二维图像进行三维解码重构，并输出解码后的动态图像。

6.如权利要求1-5任一项所述的电子压缩感知超快成像装置，其特征在于，还包括轮盘，多个采用不同伪随机二值矩阵分布的金属掩模板(7)安装在所述轮盘中，用于通过旋转所述轮盘以选择最优的金属掩模板(7)对所述电子斑进行编码。

7.如权利要求1-6任一项所述的电子压缩感知超快成像装置的制备方法，其特征在于，包括：

S1，生成伪随机二值掩模矩阵，并将所述伪随机二值掩模矩阵中的孤岛连通，以形成连通掩模矩阵；

S2，将所述连通掩模矩阵中与矩阵连通性不相关的1值元素置0，使得0、1比例在目标范围内，得到目标掩模矩阵，0对应镂空像元，1对应非镂空像元；

S3，加工生成与所述目标掩模矩阵对应的金属掩模板，并搭建包含所述金属掩模板的电子压缩感知超快成像装置。

8.如权利要求7所述的电子压缩感知超快成像装置的制备方法，其特征在于，当所述伪随机二值掩模矩阵的尺寸大于预设尺寸时，所述S1包括：

生成伪随机二值掩模矩阵，并将所述伪随机二值掩模矩阵划分为多个相同尺寸的子矩阵；

分别将每一所述子矩阵中的孤岛连通，以形成相应的子连通掩模矩阵，并按照划分顺序合并所述子连通掩模矩阵，以形成所述连通掩模矩阵。

9.如权利要求7或8所述的电子压缩感知超快成像装置的制备方法，其特征在于，所述S1中的连通操作包括：

分别在每一所述孤岛中随机选取一个1值元素，从串联连接选取的1值元素的多条路径中筛选出最短路径；

将所述最短路径上的0值元素置1，以连通各所述孤岛，形成连通掩模矩阵。