[发明专利]一种时间分辨极弱光多光谱成像系统及方法

摘要

本发明提供一种时间分辨极弱光多光谱成像系统及方法，属于极弱光多光谱成像领域，所述系统通过触发器触发确保时间分辨性，结合触发器触发技术、压缩传感理论、DLP数字光处理技术、分光技术、光纤耦合技术和单光子计数器线性阵列探测技术，实现对极弱光对象的多光谱高分辨率的二维彩色成像。该系统由极弱光光源或自发光生物、触发器、滤光片、光学成像系统、DMD微镜阵列、光学聚焦收集系统、分光光度计、由若干对于不同波长的单光子计数器组成的单光子计数器线阵、驱动控制模块和最优化算法模块构成，灵敏度可达单光子水平，可广泛应用于生物自发光检测、医疗成像、数据采集、通信、天文、军事、超光谱成像、量子测量等领域。

主权项

一种时间分辨极弱光多光谱成像系统，该系统主要基于压缩传感理论，用于对随时间动态变化的彩色物体成像，输出按时间序列排列的连续彩色视频图像帧，所述系统包含：触发器、光学成像系统、DMD微镜阵列、光学聚焦收集系统、分光光度计、单光子计数器线阵、驱动控制模块和最优化算法模块；所述触发器由位于其前端的极弱光触发源触发，该触发器输出端与驱动控制模块的输入端相连，当触发器被触发时，驱动控制模块将输出驱动控制信号触发与其输出端相连的DMD微镜阵列和单光子计数器线阵开始工作，即该DMD微镜阵列开始翻转，单光子计数器线阵同时开始计数；所述DMD微镜阵列反射光路上的光学聚焦收集系统和分光光度计用于对光线聚焦收集和分光，所述单光子计数器线阵用于对分光后的各波长光分别进行单光子计数；所述单光子计数器线阵的输出端，即输出计数测量值，与所述最优化算法模块的一个输入端相连，作为最优化算法模块的一个输入值，所述最优化算法模块的另一输入端还与所述驱动控制模块的一输出端相连，用于接收驱动可知模块存储的选定区域的随机测量矩阵作为其另一个输入参数；该最优化算法模块根据输入的单光子计数器线阵的所述随机测量矩阵重建对应各波长的稀疏信号，再分别反演出对应各波长的光子密度图像，最后将这些波长的图像重整到一起还原出彩色图像，经过M个重复的t时间间隔，就能重建出按时间序列排列的可时间分辨的一系列二维彩色图像视频帧；其中，所述单光子计数器线阵由对应不同波长的单光子计数器组成，每个单光子计数器对应一个特定的波长，在每t时间间隔内对相应波长的光子进行探测输出累积计数值至所述最优化算法模块中；所述DMD微镜阵列为数字微镜器件；所述驱动控制模块的另一输出端与所述DMD微镜阵列的输入端相连，用于驱动控制DMD微镜阵列的翻转；该驱动控制模块基于DLP数字光处理技术，驱动控制模块在选定DMD微镜阵列工作区域后，便下载伪随机测量矩阵来驱动控制所述DMD微镜阵列的翻转；所述DMD微镜阵列在翻转的同时会向所述单光子计数器线阵发送同步信号，保证DMD微镜阵列与单光子计数器线阵之间同步，即DMD微镜阵列每翻转一次，单光子计数器累积计数在该次翻转的时间间隔t内的光单子数，DMD微镜阵列翻转完成后，单光子计数器清零重新开始累积计数，所有计数值和选定区域的随机测量矩阵均传送至最优化算法模块中根据重建算法，进行二维彩色图像重建。