[發明專利]一種互補測量的單光子計數成像系統及方法

有效

• 申請號: 201210265434.5
• 申請日: 2012-07-27
• 公開（公告）號: CN102768070A
• 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計數成像系統，其特征在于，所述系統包括：光學成像部件、空間光調制器、第一會聚收光部件、第二會聚收光部件、可見光單光子點探測器、近紅外光單光子點探測器和多通道計數器；

極弱光經所述光學成像部件成像在所述空間光調制器上，所述空間光調制器向兩臂方向反光；其中，第一臂反射方向設置有第一會聚收光部件和可見光單光子點探測器，第二臂方向設置有第二會聚收光部件和近紅外光單光子點探測器，同時探測兩個方向上的光子，其總光子數分別記錄在多通道計數器的兩個計數通道中，根據互補矩陣和計數值分別恢復可見光和近紅外光的灰度圖像。

2.根據權利要求1所述的互補測量的單光子計數成像系統，其特征在于，當極弱光光強超出可見光單光子點探測器和近紅外光單光子點探測器的探測范圍時，在可見光單光子點探測器或近紅外光單光子點探測器前的任意光路位置上設置衰減片，用于將光衰減到可見光單光子點探測器或近紅外光單光子點探測器的探測范圍。

3.根據權利要求1所述的互補測量的單光子計數成像系統，其特征在于，所述可見光單光子點探測器和近紅外光單光子點探測器的位置可置換。

4.一種互補測量的單光子計數成像方法，所述方法包含：

步驟1，用于壓縮采樣的步驟：

由空間光調制器對入射至其上的光進行隨機光調制，使得兩路出射光分別以一定概率投向后續的第一會聚收光部件和可見光單光子探測器與第二會聚收光部件和近紅外光單光子點探測器，所述空間光調制器上的隨機陣列每變換一次，同時測量并記錄下兩個會聚點上的總光子數，測量M次，其中M遠小于信號維度N，完成被測信號在可見光波段和近紅外光波段的同時壓縮采樣；

其中，所述空間光調制器是指在隨時間變化的信號的控制下，對空間上光分布的強度進行調制的實時光信息處理器件，將按空間光調制器規定的角度入射的光以一定概率反射至兩個方向，所述隨機光調制是指空間光調制器上的調制矩陣的是真隨機的，采用二值表征反射方向的狀態；

步驟2，用于稀疏重建的步驟：

將可見光單光子點探測器和近紅外光單光子點探測器在空間光調制器隨機陣列兩次變換間隔內探測到的總光子數作為兩組測量值y_i和y_i′，分別對應隨機矩陣a_i和矩陣的補a_i′，由于矩陣元素用0和1二值表示，矩陣的補即I-a，其中I是單位陣，將a_i和a_i′分別拉伸至一行，分別作為可見光測量矩陣A和近紅外光測量矩陣A′中的第i行，測量M次，兩個測量矩陣都共計M行，y和y′都共計M個值，利用關聯的壓縮傳感重建算法便可重建出觀測對象在可見光波段和近紅外光波段的灰度圖像。