[發明專利]一種互補測量的單光子光譜計數成像系統及方法

有效

• 申請號: 201210265370.9
• 申請日: 2012-07-27
• 公開（公告）號: CN102768069A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 翟光杰;王超;趙清;俞文凱;劉雪峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院空間科學與應用研究中心
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;楊青

1.一種互補測量的單光子光譜計數成像系統，其特征在于，所述系統包含：

光學成像部件、空間光調制器、第一組收光準直部件、第二組收光準直部件、第一組光譜分光部件、第二組光譜分光部件、可見光單光子探測器線陣、近紅外光單光子探測器線陣、多通道計數器及信息處理單元；其中，攜帶待測物體信息的光通過所述光學成像部件成像在所述空間光調制器上，經所述空間光調制器的隨機光調制后的出射光被分成兩臂方向傳輸；

所述第一組收光準直部件、第一組光譜分光部件和可見光單光子探測器線陣設置于第一臂方向，用于探測可見光光譜的光子，輸出若干組脈沖波形；所述第二組收光準直部件、第二組光譜分光部件和近紅外光單光子探測器線陣設置于第二臂方向，用于探測近紅外光光譜的光子，輸出若干組脈沖波形；

所述多通道計數器設置于經由所述可見光單光子探測器線陣和近紅外光單光子探測器線陣后的電路上，用于對每個通道下的脈沖波形進行濾波、鑒別和累計計數；

所述信息處理單元根據所述空間光調制器上的互補矩陣、多通道計數器上的各計數值及多通道計數器上各計數通道所對應的波長信息，運用關聯的壓縮傳感算法重建出可見光和近紅外光的彩色圖像，并能對特定波長下的成分進行進一步分析。

2.根據權利要求1所述的互補測量的單光子光譜計數成像系統，其特征在于，所述的可見光單光子探測器線陣和近紅外光單光子探測器線陣是由若干個對應不同波長工作在蓋革模式下的單光子點探測器組成的線性陣列，針對可見光波段和近紅外光波段分別選擇若干個對應不同波長的單光子點探測元件，可搭配多組濾光片使用；

所述可見光單光子探測器線陣和近紅外光單光子探測器線陣兩者位置能夠相互置換；

所述可見光單光子探測器線陣和近紅外光單光子探測器線陣的探測方式采用光纖準直或自由空間耦合方式；

其中，可見光單光子探測器線陣和近紅外光單光子探測器線陣也可由雪崩二極管陣列使能某一行或某一列獲得。

3.根據權利要求1所述的互補測量的單光子光譜計數成像系統，其特征在于，當空間光調制器上的隨機矩陣每變換一次，所述多通道計數器記錄一次計數，其輸出的若干組計數值作為信息處理單元所采用的壓縮傳感算法中的測量值。

4.根據權利要求1所述的互補測量的單光子光譜計數成像系統，其特征在于，所述的第一組光譜分光部件和第二組光譜分光部件均包括：光準直部分、分光部分、角度測量部分、光度觀察和測量部分；

收光部件與所述光準直部分配合使用，用于將空間光調制器上的某一臂方向上的出射光全部收集并初步準直。

5.根據權利要求1所述的互補測量的單光子光譜計數成像系統，其特征在于，當極弱光光強超出所述可見光單光子探測器線陣或近紅外光單光子探測器線陣的探測范圍時，在所述可見光單光子探測器線陣或近紅外光單光子探測器線陣前的任意光路位置上設置衰減片，用于將光衰減到所述單光子探測器線陣的探測范圍。

6.一種互補測量的單光子光譜計數成像方法，所述方法包含：

步驟101）攜帶待測物體信息的光通過光學成像部件成像在空間光調制器上，經所述空間光調制器的隨機光調制，出射光以一定概率分成兩臂方向；

步驟102）在兩臂出射方向分別對光束進行分光和會聚收集，收集于可見光單光子探測器線陣和近紅外光單光子探測器線陣中，以光子計數形式記錄在多通道計數器中；

步驟103）通過壓縮傳感算法實現可見光和近紅外光的彩色圖像重建或相關光譜分析，完成互補測量的單光子光譜計數成像。