一种双波段差分单光子计数单像素成像装置

本发明涉及单像素成像，特别是涉及一种双波段差分单光子计数单像素成像装置。

背景技术：

1、与传统的面阵成像技术不同，单像素成像技术作为一种新型的计算成像技术，使用不具备空间分辨能力的桶探测器，结合空间光场调制技术，通过关联算法重构待成像物体的空间强度信息，具备更宽的光谱响应范围、更高的灵敏度以及更准确的时间分辨率，在研究界得到了广泛的关注。近年来，为了进一步拓展单像素成技术的探测灵敏度，同时获得多目标纵向距离信息，单像素成像技术结合时间单光子计数探测方式成为主要研究方向之一，现已被广泛应用于各种特殊波段的成像领域，尤其是在某些面阵探测器价格昂贵甚至无法制备的特殊波段，单光子计数单像素成像技术逐步发展为一项低成本高成像质量的替代技术。尽管单像素成像技术不断交叉发展，但目前单一的成像光路结构和有限的波段范围成为实验平台到外场应用的较大阻碍，无法实现全天候探测成像目的。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种双波段差分单光子计数单像素成像装置，可实现全天候探测成像，并且获得待成像物体的近红外波段和可见光波段双重可交叉互补增强图像，同等时间下丰富了目标(待成像物体)信号的获取容量，拓宽了捕获目标的波段范围，提高了成像准确度。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种双波段差分单光子计数单像素成像装置，包括激光模块、数字微镜阵列、光学会聚耦合模块、单光子探测器模块、时间相关单光子计数模块以及图像重建模块；

4、所述激光模块，用于发出主动脉冲光；所述主动脉冲光用于投射到待成像物体上；

5、所述数字微镜阵列，包括若干数字微镜，用于对数字微镜收集的主动脉冲光进行调制处理，得到调制光信号；

6、所述光学会聚耦合模块，用于对所述调制光信号进行会聚耦合，得到会聚耦合光信号；

7、所述单光子探测器模块包括近红外单光子探测器和可见光单光子探测器；所述近红外单光子探测器，用于对所述会聚耦合光信号进行探测，得到近红外波段探测结果；所述可见光单光子探测器，用于对所述会聚耦合光信号进行探测，得到可见光波段探测结果；

8、所述时间相关单光子计数模块，用于分别对所述近红外波段探测结果和所述可见光波段探测结果进行光子计数，得到第一探测光强值和第二探测光强值；

9、所述图像重建模块，用于根据所述第一探测光强值和所述第二探测光强值进行图像重建，得到所述待成像物体的重建图像。

10、可选的，所述双波段差分单光子计数单像素成像装置还包括光学收集模块；所述光学收集模块，用于将投射到所述待成像物体上的主动脉冲光进行收集，并将收集到的所述待成像物体的清晰像斑成像于所述数字微镜阵列上。

11、可选的，所述光学收集模块为石英材质的平凸透镜。

12、可选的，所述双波段差分单光子计数单像素成像装置还包括准直扩束镜；所述准直扩束镜，用于将所述激光模块发出主动脉冲光进行光束准直扩束。

13、可选的，所述数字微镜阵列，用于根据哈达玛hadamard阵列对数字微镜收集的主动脉冲光进行空间编码调制，得到调制光信号。

14、可选的，所述光学会聚耦合模块包括会聚透镜组和光纤耦合透镜；所述会聚透镜组包括两个平凸透镜。

15、可选的，所述双波段差分单光子计数单像素成像装置还包括散射模块，所述散射模块，用于对所述数字微镜阵列的输出进行空间调制，以增大所述单光子探测器模块的视场角。

16、可选的，所述图像重建模块，用于利用恢复算法，根据调制矩阵、所述第一探测光强值和所述第二探测光强值进行图像重建，得到所述待成像物体的重建图像。

17、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种双波段差分单光子计数单像素成像装置，包括激光模块、数字微镜阵列、光学会聚耦合模块、单光子探测器模块、时间相关单光子计数模块以及图像重建模块；激光模块，用于发出主动脉冲光；主动脉冲光用于投射到待成像物体上；数字微镜阵列，包括若干数字微镜，用于对数字微镜收集的主动脉冲光进行调制处理，得到调制光信号；光学会聚耦合模块，用于对调制光信号进行会聚耦合，得到会聚耦合光信号；单光子探测器模块包括近红外单光子探测器和可见光单光子探测器；近红外单光子探测器，用于对会聚耦合光信号进行探测，得到近红外波段探测结果；可见光单光子探测器，用于对会聚耦合光信号进行探测，得到可见光波段探测结果；时间相关单光子计数模块，用于分别对近红外波段探测结果和可见光波段探测结果进行光子计数，得到第一探测光强值和第二探测光强值；图像重建模块，用于根据第一探测光强值和第二探测光强值进行图像重建，得到待成像物体的重建图像。本发明基于上述装置可实现全天候探测成像，并且获得待成像物体的近红外波段和可见光波段双重可交叉互补增强图像，同等时间下丰富了目标(待成像物体)信号的获取容量，拓宽了捕获目标的波段范围，提高了成像准确度。

技术特征：

1.一种双波段差分单光子计数单像素成像装置，其特征在于，包括激光模块、数字微镜阵列、光学会聚耦合模块、单光子探测器模块、时间相关单光子计数模块以及图像重建模块；

2.根据权利要求1所述的一种双波段差分单光子计数单像素成像装置，其特征在于，所述双波段差分单光子计数单像素成像装置还包括光学收集模块；所述光学收集模块，用于将投射到所述待成像物体上的主动脉冲光进行收集，并将收集到的所述待成像物体的清晰像斑成像于所述数字微镜阵列上。

3.根据权利要求2所述的一种双波段差分单光子计数单像素成像装置，其特征在于，所述光学收集模块为石英材质的平凸透镜。

4.根据权利要求1所述的一种双波段差分单光子计数单像素成像装置，其特征在于，所述双波段差分单光子计数单像素成像装置还包括准直扩束镜；所述准直扩束镜，用于将所述激光模块发出主动脉冲光进行光束准直扩束。

5.根据权利要求1所述的一种双波段差分单光子计数单像素成像装置，其特征在于，所述数字微镜阵列，用于根据哈达玛hadamard阵列对数字微镜收集的主动脉冲光进行空间编码调制，得到调制光信号。

6.根据权利要求1所述的一种双波段差分单光子计数单像素成像装置，其特征在于，所述光学会聚耦合模块包括会聚透镜组和光纤耦合透镜；所述会聚透镜组包括两个平凸透镜。

7.根据权利要求1所述的一种双波段差分单光子计数单像素成像装置，其特征在于，所述双波段差分单光子计数单像素成像装置还包括散射模块，所述散射模块，用于对所述数字微镜阵列的输出进行空间调制，以增大所述单光子探测器模块的视场角。

8.根据权利要求1所述的一种双波段差分单光子计数单像素成像装置，其特征在于，所述图像重建模块，用于利用恢复算法，根据调制矩阵、所述第一探测光强值和所述第二探测光强值进行图像重建，得到所述待成像物体的重建图像。

技术总结
本发明公开了一种双波段差分单光子计数单像素成像装置，涉及单像素成像技术领域，该双波段差分单光子计数单像素成像装置包括激光模块发出主动脉冲光；主动脉冲光用于投射到待成像物体上；数字微镜阵列用于对数字微镜收集的主动脉冲光进行调制处理，得到调制光信号；光学会聚耦合模块对调制光信号进行会聚耦合，得到会聚耦合光信号；近红外单光子探测器对会聚耦合光信号进行探测，得到近红外波段探测结果；可见光单光子探测器对会聚耦合光信号进行探测，得到可见光波段探测结果；图像重建模块根据第一探测光强值和第二探测光强值进行图像重建，得到待成像物体的重建图像，实现了全天候探测成像。

技术研发人员：杨照华,刘杰
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/9