【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超快光学成像相关，具体地说，是涉及一种基于单光子探测器的单像素成像方法及装置。
技术介绍
1、本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，并不必然构成在先技术。
2、超快光学成像依靠快摄慢放的方式帮助人们实现对瞬态场景的观测，是一种推动科学研究和工业生产的重要技术手段，在国防军事、航空航天、精密制造、化学化工和生物医疗等领域发挥着不可替代的作用。目前，应用广泛的超快成像技术有压缩超快成像、分幅相机和泵浦-探测等技术。虽然这些超快成像技术各有所长，但也都存在着一些不可避免的应用场景限制和性能短板。例如：压缩超快成像具有设备复杂、成本昂贵和重构算法繁琐等问题；分幅相机的触发控制系统精准度要求极高且时间分辨相对较低；泵浦-探测技术属于一种主动式照明超快成像技术，不能对自发光或自然光照明场景成像。可见，现有的超快成像技术尚不完善，不能满足科研探索和工业制造中日益增长的超快成像需求。
3、单像素成像是一种近年来被广泛研究关注的新型成像技术，由于其通过结合结构光编码和使用不具备空间分辨能力的单像素探测来获取目标空间信息，将成像探测器的像素规模压缩到极限，具有弥补面阵传感器成像技术不足的巨大潜力。凭借着单像素探测器在感知光谱范围和灵敏度上的优势，已经验证了单像素成像在太赫兹、红外及x射线等特殊波段下成像，极弱光条件下成像，散射介质成像，以及高空间维度成像等方面具有巨大优势和出色表现。但是，目前单像素成像仍然面临着一个问题，那就是成像速度一直处于较慢水平，不适用于动态场景成像。单像素成像速度主要
4、综上所述，单像素成像速度较慢主要受限于结构光编码的速度，而不是单像素探测器的响应速度；导致单像素探测器本身拥有非常高的响应带宽，而一直没有被充分发挥出来。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于单光子探测器的单像素成像方法及装置，当捕捉周期性的超快动态场景时，通过利用超快动态场景与每张编码图案间存在的超快相对运动实现超快空间结构光编码，该方法能充分发挥出单像素探测器的响应速度优势，可实现单像素成像对超快动态场景的成像。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一个或多个实施例提供了基于单光子探测器的单像素成像方法，包括如下步骤：
4、生成用于加载至数字微镜器件上的编码图案，利用周期性超快动态场景与编码图案间存在的相对运动，进行空间结构光编码；
5、基于接收到的数字微镜器件dmd发出的触发信号，依次获取每一张编码图案对应的时间相关光子数分布直方图；
6、对获取的时间相关光子数分布直方图先进行反卷积操作，再把反卷积后的信号按在场景中的相对时间进行分组；
7、利用时间分组后的光子数信号，以及编码图案对应的编码图案矩阵，依次重构出场景不同时刻的瞬时图像。
8、一个或多个实施例提供了基于单光子探测器的单像素成像装置，包括依次设置的成像镜头、tir棱镜、数字微镜器件、光纤耦合器、单光子探测系统以及控制终端，控制终端分别与数字微镜器件及单光子探测系统通信连接；控制终端被配置为执行上述的基于单光子探测器的单像素成像方法中的步骤。
9、一个或多个实施例提供了基于单光子探测器的单像素成像装置，包括：
10、空间编码模块：被配置为生成用于加载至数字微镜器件上的编码图案，利用周期性超快动态场景与编码图案间存在的相对运动进行空间结构光编码；
11、获取模块：被配置为基于接收到的数字微镜器件dmd发出的触发信号，依次获取每一张编码图案对应的时间相关光子数分布直方图；
12、信号处理及分组模块：被配置为对获取的时间相关光子数分布直方图先进行反卷积操作，再把反卷积后的信号按在场景中的相对时间进行分组；
13、重构模块：被配置为利用时间分组后的光子数信号及编码图案对应的编码图案矩阵，依次重构出场景不同时刻的瞬时图像。
14、一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成上述的基于单光子探测器的单像素成像方法中的步骤。
15、一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成上述的基于单光子探测器的单像素成像方法中的步骤。
16、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
17、1）本专利技术的成像方法，巧妙地利用周期性超快动态场景与编码图案间存在的超快相对运动实现超快空间结构光编码，解决了单像素成像速度一直以来受限制于空间光调制器刷新速度的问题，使得单像素成像速度完全取决于单像素探测系统的采集速率，实现了单像素成像对超快动态场景的捕捉；
18、2）在成像性能上，使用单光子探测器和tcspc作为单像素探测器系统，不仅具有极高的弱光探测能力，而且成像速度可达万亿帧每秒，超越了目前所有已知的单像素成像相关工作的成像速度；相比于其他已存在的超快成像技术，本专利技术在成像速度表现优异的前提下，在硬件成本及系统简洁性方面更具竞争力，有助于加速和普及超快成像应用到更多领域；
19、本专利技术的优点以及附加方面的优点将在下面的具体实施例中进行详细说明。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.基于单光子探测器的单像素成像方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于单光子探测器的单像素成像方法，其特征在于，编码图案采用二值编码图案，生成方法包括如下步骤：
3.如权利要求1所述的基于单光子探测器的单像素成像方法，其特征在于：采用Wiener反卷积方法对获取的光子数分布直方图进行反卷积；将反卷积过程中的噪声信号比设置为0.08至0.12。
4.如权利要求1所述的基于单光子探测器的单像素成像方法，其特征在于：通过逆Hadamard变换算法依次重构出场景不同时刻的瞬时图像。
5.如权利要求1所述的基于单光子探测器的单像素成像方法，其特征在于，对反卷积后的信号按在场景中的相对时间进行分组，具体的：
6.如权利要求1所述的基于单光子探测器的单像素成像方法，其特征在于，利用周期性超快动态场景与编码图案间存在的相对运动进行空间结构光编码的方法，包括如下步骤：
7.基于单光子探测器的单像素成像装置，其特征在于：包括依次设置的成像镜头、TIR棱镜、数字微镜器件、光纤耦合器、单光子探测系统以及控制终端
8.基于单光子探测器的单像素成像装置，其特征在于，包括：
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1-6任一项所述的基于单光子探测器的单像素成像方法中的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-6任一项所述的基于单光子探测器的单像素成像方法中的步骤。
...【技术特征摘要】
1.基于单光子探测器的单像素成像方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于单光子探测器的单像素成像方法，其特征在于，编码图案采用二值编码图案，生成方法包括如下步骤：
3.如权利要求1所述的基于单光子探测器的单像素成像方法，其特征在于：采用wiener反卷积方法对获取的光子数分布直方图进行反卷积；将反卷积过程中的噪声信号比设置为0.08至0.12。
4.如权利要求1所述的基于单光子探测器的单像素成像方法，其特征在于：通过逆hadamard变换算法依次重构出场景不同时刻的瞬时图像。
5.如权利要求1所述的基于单光子探测器的单像素成像方法，其特征在于，对反卷积后的信号按在场景中的相对时间进行分组，具体的：
6.如权利要求1所述的基于单光子探测器的单像素成像方法，其特征在于，利用周期性超快动态场景与编码图案间存在的相对...
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。