【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电子信息技术，具体涉及基于随机涨落光子计数信号分辨率增强的上转换红外成像系统及方法。
技术介绍
1、光学成像系统的分辨率受到衍射极限的限制，提高成像分辨率一直是研究的热点和难点。超分辨成像是突破衍射极限的技术，在显微成像、生命科学、目标识别中具有重要的科学价值。目前的超分辨成像可分为两类：一类是基于压缩点扩散函数、控制荧光“开关”和收集倏逝波的原理，以点扫描的形式输出一幅超分辨率图像。这类超分辨成像技术的典型代表是受激发射损耗荧光超分辨显微技术(stimulated emission depletionmicroscopy,sted)。sted中使用两束激光：一束激发光，主要是激发荧光基团产生荧光；另一束光是损耗光，主要通过调制产生空心光斑，作用是将激发光产生荧光的外围光斑淬灭回基态，使荧光基团的发光面积减小，进而提高荧光成像的分辨率。尽管sted的分辨率极高，但形成一幅图需要逐点扫描，成像的速度受到影响，成像效率低。
2、另一类是基于结构光照明和接收信号的统计特性，通过对记录多幅图像进行后处理输出超分辨图像。此类超分辨成像技术典型的是随机涨落超分辨成像(super-resolution optical fluctuation imaging,sofi)。sofi主要基于量子点发射的随机信号的关联特性，对信号进行高阶关联，从而有效地压缩整个成像系统的点扩散函数，进而实现成像分辨率的提升。但是，为了获得高分辨率的图像，sofi往往需要采集几百，甚至上千帧的图像，需要花费较长的时间，很难应用于实时成像需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决现有超分辨成像方法成像效率低的问题，申请人进行了研究，发现入射光和泵浦光合束后在gaas材料会进行双光子吸收，并产生光电流，形成双光子信号，并且gaas中非简并与简并双光子吸收之间竞争过程中，随着入射光能量增强，随机入射光场的随机涨落特性会传递给泵浦光，与泵浦光相结合产生的双光子信号会出现涨落变化呈非连续递增的现象，即能够产生涨落变化更强的双光子信号。将涨落变化更剧烈的双光子信号与随机涨落超分辨相结合，能够缩短信号收集时间，仅需要采集较少的图像帧数就可以实现图像重建，快速实现了分辨率增强的上转换红外成像。
2、基于上述发现，本专利技术提出基于随机涨落光子计数信号分辨率增强的上转换红外成像系统，其特殊之处在于，包括待成像目标、激光光源模块、随机光场调制模块、二向色分束镜、物镜、gaas像增强的iscmos相机和数据采集处理模块；
3、所述激光光源模块包括第一激光器和第二激光器；所述第一激光器用于发射940nm入射光，所述第二激光器用于发射1550nm泵浦光；
4、所述随机光场调制模块平行设置于所述第一激光器的出口处，所述随机光场调制模块包括依次平行设置的第一透镜、旋转毛玻璃和第二透镜；待成像目标设置在所述旋转毛玻璃和第二透镜之间；
5、所述旋转毛玻璃用于对所述940nm入射光进行调制，以产生强度快速随机变化的散斑光场；
6、所述二向色分束镜用于将1550nm泵浦光和经第二透镜投射出的且携带目标信息的940nm入射光合束，合束后的光束经物镜汇聚至gaas像增强的iscmos相机；
7、所述gaas像增强的iscmos相机内设有gaas探测器，gaas探测器用于输出由双光子吸收过程引起的随机涨落的双光子信号，并经所述gaas像增强的iscmos相机输出多帧目标图像；
8、所述数据采集处理模块用于将gaas像增强的iscmos相机输出的多帧目标图像进行优化处理，形成分辨率增强的目标图像。
9、进一步地，所述第一激光器与第一透镜之间设有第一渐变衰减片，所述第二激光器与二向色分束镜之间设有第二渐变衰减片，所述第一渐变衰减片和第二渐变衰减片分别用于对940nm入射光能量和1550nm泵浦光能量进行调节。
10、进一步地，还包括锁相放大器和斩波器，所述锁相放大器和斩波器设置在待成像目标位置，用于调制940nm入射光，便于检测gaas像增强的iscmos相机是否采集到入射光和泵浦光合束后产生的双光子信号。
11、基于随机涨落光子计数信号分辨率增强的上转换红外成像方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
12、步骤1，搭建上述基于随机涨落光子计数信号的分辨率增强的上转换红外成像系统；
13、步骤2，打开第一激光器和第二激光器，分别发射出940nm入射光和1550nm泵浦光，gaas像增强的iscmos相机接收二向色分束镜合束后的光束；缓慢增加1550nm泵浦光的能量，得到双光子吸收信号随1550nm泵浦光能量增加的曲线；
14、步骤3，在双对数坐标下，分析步骤1得到的曲线的斜率，并判断所述斜率是否为1，若是，则证明940nm入射光和1550nm泵浦光合束后产生了非简并的双光子吸收信号，执行步骤4；若否，则调节降低1550nm泵浦光的能量，减小1550nm泵浦光自身产生的简并双光子吸收信号，直至所述斜率为1；
15、步骤4，调节设定940nm入射光能量，在不同能量940nm入射光下，调节增加1550nm泵浦光的能量，对双光子吸收信号进行先变大后减小的全光调控；
16、步骤5，设定1550nm泵浦光的能量阈值，调节940nm入射光能量，并通过调节旋转毛玻璃的转速调制940nm入射光，优化非简并与简并双光子吸收对整个双光子吸收信号的贡献，使得能够得到所需要的双光子信号；
17、步骤6，将待成像目标置于旋转毛玻璃与第二透镜之间，按照步骤5设置1550nm泵浦光能量、940nm入射光的能量以及旋转毛玻璃的转速；通过iscmos相机获取多帧目标图像；
18、步骤7，通过数据分析处理模块对步骤6得到的多帧目标图像进行处理，提高图像输出分辨率，得到分辨率增强的目标上转换成像。
19、进一步地，所述步骤5中1550nm泵浦光能量阈值为20.5mw。
20、进一步地，所述步骤6中通过iscmos相机获取多帧目标图像的过程为：通过iscmos相机采集目标成像结果，调节iscmos相机的积分时间，对所采集的目标成像结果进行优化，获得多帧目标图像。
21、进一步地，所述步骤7中，采用关联成像算法对所述多帧目标图像进行处理，提高图像输出分辨率。
22、进一步地，还包括对光路中微弱双光子信号进行检测的步骤，具体为：在步骤2中第一激光器和第二激光器分别发射出的940nm入射光和1550nm泵浦光后，在待成像目标设置位置处放置锁相放大器和斩波器，调制940nm入射光，观察判断gaas像增强的iscmos相机是否采集到双光子信号。
23、进一步地，所述步骤2、步骤4和步骤5中，分别通过调节第一激光器和第二激光器的激光泵浦电流，对940nm入射光和1550nm泵浦光的能量进行调节。
24、进一步地，所述步骤2、步骤4和步骤5中，分别通过在第一激本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于随机涨落光子计数信号分辨率增强的上转换红外成像系统，其特征在于，包括待成像目标、激光光源模块、随机光场调制模块、二向色分束镜、物镜、GaAs像增强的IsCMOS相机和数据采集处理模块；
2.根据权利要求1所述上转换红外成像系统，其特征在于，所述第一激光器与第一透镜之间设有第一渐变衰减片，所述第二激光器与二向色分束镜之间设有第二渐变衰减片，所述第一渐变衰减片和第二渐变衰减片分别用于对940nm入射光能量和1550nm泵浦光能量进行调节。
3.根据权利要求2所述上转换红外成像系统，其特征在于，还包括锁相放大器和斩波器，所述锁相放大器和斩波器设置在待成像目标位置，用于调制940nm入射光，便于检测GaAs像增强的IsCMOS相机是否采集到入射光和泵浦光合束后产生的双光子信号。
4.基于随机涨落光子计数信号分辨率增强的上转换红外成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述成像方法，其特征在于，所述步骤5中1550nm泵浦光能量阈值为20.5mW。
6.根据权利要求4所述成像方法，其特征在于，所述步骤6中通
7.根据权利要求4所述成像方法，其特征在于，所述步骤7中，采用关联成像算法对所述多帧目标图像进行处理，提高图像输出分辨率。
8.根据权利要求4所述成像方法，其特征在于，还包括对光路中微弱双光子信号进行检测的步骤，具体为：
9.根据权利要求4所述成像方法，其特征在于，所述步骤2、步骤4和步骤5中，分别通过调节第一激光器和第二激光器的激光泵浦电流，对940nm入射光和1550nm泵浦光的能量进行调节。
10.根据权利要求4所述成像方法，其特征在于，所述步骤2、步骤4和步骤5中，分别通过在第一激光器与第一透镜之间设置第一渐变衰减片、在第二激光器与二向色分束镜之间设置第二渐变衰减片，对940nm入射光和1550nm泵浦光的能量进行调节。
...【技术特征摘要】
1.基于随机涨落光子计数信号分辨率增强的上转换红外成像系统，其特征在于，包括待成像目标、激光光源模块、随机光场调制模块、二向色分束镜、物镜、gaas像增强的iscmos相机和数据采集处理模块；
2.根据权利要求1所述上转换红外成像系统，其特征在于，所述第一激光器与第一透镜之间设有第一渐变衰减片，所述第二激光器与二向色分束镜之间设有第二渐变衰减片，所述第一渐变衰减片和第二渐变衰减片分别用于对940nm入射光能量和1550nm泵浦光能量进行调节。
3.根据权利要求2所述上转换红外成像系统，其特征在于，还包括锁相放大器和斩波器，所述锁相放大器和斩波器设置在待成像目标位置，用于调制940nm入射光，便于检测gaas像增强的iscmos相机是否采集到入射光和泵浦光合束后产生的双光子信号。
4.基于随机涨落光子计数信号分辨率增强的上转换红外成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述成像方法，其特征在于，所述步骤5中1550nm泵浦光能量阈值为20.5mw。...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，侯利冰，吴英春，王谭，孔鹏，郭冰涛，李占明，张卫国，段文博，伊兴国，
申请(专利权)人：西安应用光学研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。