超快平面显微成像技术.pdf

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1、万方数据第29卷第6期2014年11月数据采集与处理JournalofDataAcquisitionandProcessingV01．29No．6Nov．2014引文章编号：1004—9037(2014)06—0895一06超快平面显微成像技术陈宏伟邢芳俭王雨西雷诚陈明华谢世钟(清华大学电子工程系，北京，100084)摘要：快速成像技术在很多领域都有着重要的应用，本文基于超短光脉冲的时一空一频映射原理，提出并实现了一种超快平面显微成像技术。利用色散傅里叶变换及空间色散器件把光脉冲的宽带频谱信息分别映射到时域和空域，利用高速光电探测器进行串行单像素成像，最终获得了帧速率为20．9MHz，空间

2、分辨率为22肛m和55“m的一维及二维平面成像系统。在实验中用标准的分辨率目标板验证了成像效果。该技术为超快成像提供了一种有效手段，并将应用于高速平面检测等多个领域。关键词：单像素成像；色散傅里叶变换；时一空一频映射；显微成像中图分类号：TN29文献标志码：AUltra—fastSurfaceMicroscopicImagingTechniqueC^已门Ho竹g议，ei，Xi，zgF口咒gJi口咒，讹行gyh．ri，L已iC^P729，C^P行Mi咒g矗“口，XiPS^iz^o咒g(DepartmentofE1ectronicEngineering，TsinghuaUniversity，B

3、e巧ing，100084，China)Abstract：Fastimagingtechniqueshaveimportantapplicationsinmanyfields．Anultra—fastsurfacemicroscopicimagingtechniqueisproposedanddemonstrated．Thistechniqueisbasedonthetime—space—frequencymappingofultrashortopticalpulses．BasedondispersiveFouriertransformandspatialdispersiondevices，

4、theopticalspectrumismappingontimeandspacedo—mainseparately．Theimageisreconstructedafterahighspeedserialsingle—pixelphotodetec—tor．Aoneandtwo—dimensionalimagingsystemwiththeframerateof20．9MHz，22肛mand55肛mspatialresolutionisrealized．Imagingexperimentswithstandardres01utiontargetsaresuccessfuUydemonst

5、rated．Thistechniqueisaneffectivemethodforultrafastimagingandcanbeusedforhighspeedsurfaceinspection．Keywords：single—pixelimaging；dispersiveFouriertransform；time—space—frequencymapping；microscopicimaging口超快成像是现代光学成像的主要发展方向之一。受到传统电荷耦合元件(Charge—coupIedde—vice，CCD)和互补氧化物半导体(Complementarymetaloxidesemic

6、onductor，CMOS)传感器等成像元件的固有属性限制，其用于成像的速度有限，一般为几千帧每秒的量级[1]。然而在自然界中，存在着很多超快瞬态现象，比如像水滴低落过程、肥皂泡破裂的瞬间等。在人类和自然生活中，也有着许多超快瞬态过程，比如子弹击穿水果，生物细胞的衍变，还有化学反应过程等。比较典型的一个应用是，在人体大量的血红细胞中存在着极个别的突变细胞，譬如像循环流动肿瘤细胞。这样的肿瘤细胞可能会引发癌症[2]。然而1mL的血液中，这样的肿瘤细胞大概只有一个或者几个。而1mL血液却有大约50亿个细胞。利用现在最快速的相机进行拍摄识别，大约每秒拍摄1000个，识别这样一个循环流动肿瘤细胞需

7、要2个月时间。另外在基金项目：国家重点基础研究发展计划(“九七三”计划)(2012CB315703)资助项目；国家自然科学基金(61322113)资助项目；国家重点实验室开放基金课题(14K10EsPCT)资助项目；国家环境保护大气复合污染来源与控制重点实验室开放基金(SCAPC201407)资助项目。收稿日期：2014一07—25；修订日期：2014—10—10万方数据896数据采集与处理第29卷通信系统中，也存在着许