[发明专利]一种压缩高光谱显微成像的系统及方法

说明书

本发明提供一种压缩高光谱显微成像的系统及方法。其中包括激光器、衰减片、电动位移平台、待成像样品、物镜、光栅、数字微镜器件、会聚透镜、单光子探测模块、FPGA控制模块、上位机。激光器发射出的激光经过衰减片衰减后，激发电动位移平台上的待成像样品，成像样品发出的光经由物镜和光栅照射到数字微镜器件上，数字微镜器件进行空间光调制，调制后的反射光由会聚透镜会聚到单光子探测模块进行探测，单光子探测模块输出单光子脉冲至FPGA控制模块，FPGA控制模块发送数据至上位机，上位机利用压缩感知算法重建出待成像样品的光谱图像。

技术领域

本发明涉及光谱成像技术领域，尤其涉及一种压缩高光谱显微成像的系统及方法。

背景技术

近年来，光谱成像作为一种新兴的技术，由于其具有探测物体的空间和光谱信息的特性，在物质分析中具有很大的优势。光谱成像是生物微弱光显微成像、蛋白质结构分析、材料分析、环境监测、天文观测、遥感等领域的研究前沿与热点之一，同时可以帮助分析物质组成以及浓度分布等，常规需要三个维度的探测，即二维空间信息、一维光谱信息。传统光谱成像系统是直接对物体成像然后将光谱信息分段进行多次测量的方法来获得光谱信息，每次只能得到一个波段的光谱信息，成像时间长，且光谱分辨率低；而使用光谱仪配合线阵或阵列探测器扫描物体，能获得完整的光谱信息但造价昂贵，采样得到的信息量大，导致储存困难。因此，发展光成像速度快、价格低廉、系统简单的光谱成像技术是目前的趋势。

压缩感知理论是关于信号采样和数据处理的理论，它指出在一定的条件下，用远低于奈奎斯特采样定理要求的采样次数对信号进行采样时，也能很好的恢复出原始信号，它可以将图像的压缩采集和压缩过程合二为一。压缩感知和光谱成像计数结合能够使采集的信息量大量减少，解约储存空间，并使得成像时间大大减少。2012年浙江大学的刘旭、李东等提出了基于压缩感知的多光谱成像装置和方法(专利号：CN 102914367A)将成像样品的光射入两块数字微镜器件进行分别对图像信息和光谱信息进行空间光调制，最后利用单点探测器进行采样。但该专利装置复杂需要对采样信息进行两次调制需要做到同步控制实施起来有一定难度。

发明内容

针对上述问题，在此提出一种新方案，将图像上某点的光经过光栅色散后照射到数字微镜器件上，数字微镜器件对入射光谱线进行随机光强调制，然后利用一个点探测器对数字微镜器件反射光进行探测，扫描完图像后利用压缩感知理论可以得到成像光谱，还可以获得每个单点的光谱信息，在获得更多的测量信息的同时，减少了成像时间，并避免了线阵、阵列探测器或光谱仪的使用大大降低了成本，系统得到简化，同时得到的成像光谱分辨率高。

为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案为：

一种压缩高光谱显微成像的系统，其特征在于：包括激光器、衰减片、电动位移平台、待成像样品、物镜、光栅、数字微镜器件、会聚透镜、单光子探测模块、FPGA控制模块、上位机；

所述的激光器发射激光经过衰减片衰减后激发待成像样品；所述的电动位移平台用于放置待成像样品；

所述的物镜、光栅、数字微镜器件依次放置于待成像样品激发光的传播方向；

所述的会聚透镜、单光子探测模块依次放置于加载了测量矩阵的数字微镜器件反射光的传播方向；

所述的单光子探测模块与FPGA控制模块连接，用于输出单光子脉冲信号至FPGA控制模块；

所述的FPGA控制模块与数字微镜器件连接，用于加载测量矩阵到数字微镜器件；

所述的FPGA控制模块与电动位移平台与连接，用于控制电动位移平台平移到指定位置坐标。

所述的FPGA控制模块与所述的上位机连接，用于将电动位移平台位置坐标值和单光子脉冲计数值输出至上位机；

所述的压缩高光谱显微成像的系统的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：