[发明专利]基于稀疏约束的快速随机光学重构成像系统及方法

摘要

一种基于稀疏约束的快速随机光学重构成像系统及方法，该系统至少包括用于产生多色激发光的激发光源模块；接收所述多色激发光后形成准直激发光的光纤耦合与全内反射模块；对所述准直激发光进行成像、扫描、空间调制及探测的整合模块；控制所述激发光源模块、光纤耦合与全内反射模块以及整合模块的时序电机控制模块；探测采集到的数据，并进行随机重构成像处理和压缩感知处理的成像采集分析软件包。本发明完美满足了测量域与图像域的非相干性，使得稀疏约束技术可以发挥最大的功效。在达到纳米级成像分辨率的同时，使现有的超分辨成像速度在数量级上得到提高。在保持原有成像速度的情况下，在空间分辨率上得到很大提高。

主权项

一种基于稀疏约束的快速随机光学重构成像系统实现快速随机光学重构成像方法，其特征在于：该系统至少包括用于产生多色激发光的激发光源模块；接收所述多色激发光后形成准直激发光的光纤耦合与全内反射模块；对所述准直激发光进行成像、扫描、空间调制及探测的整合模块；控制所述激发光源模块、光纤耦合与全内反射模块以及整合模块的时序电机控制模块；探测采集到的数据，并进行随机重构成像处理和压缩感知处理的成像采集分析软件包；该方法包括以下步骤：1)、激发光源模块产生多色激发光并输出；2)、光纤耦合与全内反射模块接收所述多色激发光后形成准直激发光并输出；3)、整合模块接收所述准直激发光并对所述准直激发光进行成像、扫描、空间调制及探测；同时，时序电机控制模块控制所述激发光源模块、光纤耦合与全内反射模块以及整合模块；成像采集分析软件包探测采集到的数据，并进行随机重构成像处理和压缩感知处理；所述整合模块包括放置探测物的三维纳米平移台、色镜和物镜以及压缩感知系统；所述色镜和物镜依次接收光纤耦合与全内反射模块输出的准直激发光至探测物上，所述压缩感知系统包括滤光片、前置成像透镜、空间随机相位调制器以及电子倍增电荷耦合器；所述滤光片对探测物发出的宽带热光进行窄带滤波后，所述前置成像透镜将探测物按点到点方式成像于前置成像面；所述空间随机相位调制器对前置成像面上每一点发出的光场经过自由传输后进行空间随机相位调制；所述空间随机相位调制器输出的光形成散斑场于电子倍增电荷耦合器的探测面上，所述探测面上设有多个光电探测单元；所述多个光电探测单元在探测面上随机排布形成阵列，所述电子倍增电荷耦合器对光子数分布进行随机采样探测以及收集空间随机相位调制器输出的信噪比较高的荧光信号；所述压缩感知处理通过相应的重构算法寻找信号的稀疏解，其中，f为目标信号，X为稀疏系数，Y为测量值，Ф为测量基，ψ为表达基，A为测量基Ф和表达基ψ所构建的矩阵。