一种循环S矩阵成像系统及其成像方法技术方案

一种循环S矩阵成像系统及其成像方法，属于光学波段显微成像系统及成像方法。解决现有编码成像方法基于阿达玛变换实现光学成像所存在的信噪比改善量小的问题。本发明专利技术包括光源、透明载物片、编码模板、二维微动平台、采样窗口、光学镜头、单元探测器、AD转换器，所述编码模板上具有0和1构成的M行N列小孔阵列，其由R阶循环S矩阵构成，所述采样窗口为P行Q列的矩形窗口。本发明专利技术利用单个单元探测器，借助编码模板、通过采样窗口对目标进行采样，所得到的R个一维行向量光信号便于再借用压缩感知方法进行处理重构图像，获得了比阿达玛变换光学成像更高的信噪比改善量，最终得到的图像质量更好，适用于从紫外波段到太赫兹波段的整个光学波段。

【技术实现步骤摘要】
一种循环S矩阵成像系统及其成像方法
本专利技术属于光学波段显微成像系统及成像方法。
技术介绍
申请人于2005年申请的CN200510018994.0专利技术专利“光学波段的近场显微镜”，利用循环S矩阵构成的编码模板进行编码，并基于阿达玛变换解码实现光学成像，所述循环S矩阵所构成的编码模板为制作在透明基板上的金属薄膜上的小孔阵列，阵列形式由循环S矩阵所决定，循环S矩阵可以是3、15、35、63、1023阶循环S矩阵，小孔形状可以是圆形、C形、三角形、栅栏状等异型，孔径可以等于波长、小于波长和大于波长。基于阿达玛变换实现光学成像技术的基本特征，利用循环S矩阵编码、解码成像时的理论信噪比改善量为其中N为矩阵的阶数，申请人发现这个信噪比改善量还存在可以再提高的空间。本申请文本中，利用平面XY直角坐标系，XY平面中，X轴为水平轴，向右为正方向，Y轴为垂直轴，向上为正方向。
技术实现思路
本专利技术提供一种循环S矩阵成像系统及其成像方法，解决现有编码成像方法基于阿达玛变换实现光学成像所存在的信噪比改善量小的问题，以得到更好的图像质量。本专利技术所提供的一种循环S矩阵成像系统，包括光源、透明载物片、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种循环S矩阵成像系统，包括光源(1)、透明载物片(2)、编码模板(5)、二维微动平台(4)、采样窗口(6)、光学镜头(7)、单元探测器(8)、AD转换器(9)，其特征在于：所述光源(1)和透明载物片(2)位于编码模板(5)一侧，光学镜头(7)和单元探测器(8)依次位于编码模板另一侧，采样窗口(6)位于光学镜头(7)和编码模板(5)之间，编码模板能够在二维微动平台(4)驱动下进行移动，单元探测器的敏感面位于光学镜头焦点上，单元探测器接收到的光学信号经过AD转换器(9)转换为数字信号送到计算机(10)进行处理，以便得到重构图像；所述编码模板由镀覆在透明基板上的金属薄膜构成，金属薄膜上具有0和1构...

【技术特征摘要】
1.一种循环S矩阵成像系统，包括光源(1)、透明载物片(2)、编码模板(5)、二维微动平台(4)、采样窗口(6)、光学镜头(7)、单元探测器(8)、AD转换器(9)，其特征在于：所述光源(1)和透明载物片(2)位于编码模板(5)一侧，光学镜头(7)和单元探测器(8)依次位于编码模板另一侧，采样窗口(6)位于光学镜头(7)和编码模板(5)之间，编码模板能够在二维微动平台(4)驱动下进行移动，单元探测器的敏感面位于光学镜头焦点上，单元探测器接收到的光学信号经过AD转换器(9)转换为数字信号送到计算机(10)进行处理，以便得到重构图像；所述编码模板由镀覆在透明基板上的金属薄膜构成，金属薄膜上具有0和1构成的M行N列小孔阵列，其中0为不透光小孔，1为透光小孔；所述M行N列小孔阵列由R阶循环S矩阵构成，所述采样窗口为P行Q列的矩形窗口，P×Q＝R，当R＝3、7、15、35时，M＝P，N＝(P×Q)+(Q-1)；当R＝15、35、63、255、511、1023时，所述M行N列小孔阵列中，M＝2P-1，N＝2Q-1。2.如权利要求1所述的循环S矩阵成像系统，其特征在于：所述R阶循环S矩阵，R＝3时，首行为101，采样窗口尺寸P×Q＝1×3或P×Q＝3×1；R＝7时，首行为1110100，P×Q＝1×7或P×Q＝7×1；R＝15时，首行为000100110101111，P×Q＝3×5或P×Q＝5×3；R＝35时，首行为00100110101000010011101111100011101，P×Q＝7×5或P×Q＝5×7；R＝63时，首行为：000001000011000101001111010001110010010110111011001101010111111，P×Q＝9×7或P×Q＝7×9；R＝225时，首行为：P×Q＝9×25或P×Q＝25×9；以下字符对应关系：以八进制0、1、2、3、4、5、6、7分别表示二进制000、001、010、011、100、101、110、111；R＝511时，首行为：P×Q＝7×73或P×Q＝73×7；P×Q＝33×31或者P×Q＝31×33。3.权利要求1或2所述循环S矩阵成像系统的成像方法，包括设置步骤和采样步骤，其特征在于：(1)设置步骤：将光源、透明载物片、样品置于编码模板一侧，光学镜头和单元探测器依次置于编码模板另一侧，单元探测器位于光学镜头焦点上，采样窗口位于光学镜头和编码模板之间并且贴近编码模板，待测目标置于光源和编码模板之间放在透明载物片上，单元探测器通过光学镜头对准编码模板，待测目标、采样窗口和单元探测器固定；当编码模板上的小孔为亚波长尺寸时，待测目标与编码模板的距离为近场距离；(2)采样步骤：编码模板沿X方向负向移动，移动步长为小孔阵列两相邻元素间距，每移动一次，单元探测器对采样窗口下的编码模板的相应二维区域采样，形成一维行向量光信号，送往AD转换器，所述AD转换器将一维行向量光信号转换为数字信号送到计算机。计算机可以再借助压缩感知的正交匹配追踪算法进...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶梅，叶虎年，杨新立，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42