多角度照明超高速成像装置

摘要

本发明实施例提供一种多角度照明超高速成像装置，属于超高速成像技术领域。包括：宽谱脉冲光源、时延装置、多角度照明装置、透镜组及电荷耦合器件；其中，待测物体被放置在透镜组中；宽谱脉冲光源发出的单个脉冲光经过时延装置后，被分成不同时刻的频率分量，不同时刻的频率分量通过多角度照明装置后，按照不同的角度穿过透镜组中的待测物体，聚焦在电荷耦合器件的不同位置上，电荷耦合器件用于记录待测物体在不同时刻的功率谱信息。由于可使用多角度照明的方法将待测物体不同时刻的功率谱信息映射在电荷耦合器件的不同位置上，进而对不同位置上采集到的数据进行处理，从而可得到待测物体在超高速运动状态下的强度信息与相位信息。

权利要求

1.一种多角度照明超高速成像装置，其特征在于，包括：宽谱脉冲光源、时延装置、多角度照明装置、透镜组及电荷耦合器件；其中，待测物体被放置在所述透镜组中；所述宽谱脉冲光源发出的单个脉冲光经过所述时延装置后，被分成不同时刻的频率分量，不同时刻的频率分量通过所述多角度照明装置后，按照不同的角度穿过所述透镜组中的待测物体，聚焦在所述电荷耦合器件的不同位置上，所述电荷耦合器件用于记录所述待测物体在不同时刻的功率谱信息；

其中，所述时延装置包括多个不同的输出端口；其中，所述单个脉冲光通过不同的输出端口可输出不同时刻的频率分量；

其中，所述输出端口之间存在着光程差；

其中，所述电荷耦合器件，用于在不同位置上记录所述待测物体在不同时刻的功率谱，通过相位恢复算法对不同时刻的功率谱进行处理，得到所述待测物体在不同时刻的功率谱信息；

其中，所述时延装置为时域色散器；所述时域色散器，用于对所述单个脉冲光在时间上进行展宽，得到不同时刻的频率分量。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述透镜组包括第一透镜及第二透镜，所述待测物体被放置在所述第一透镜及所述第二透镜之间。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述透镜组包括三个以上的透镜；所述待测物体被放置在所述透镜组中的其中两个透镜之间，所述透镜组中的其它透镜放置在所述其中两个透镜的左边或右边。

说明书

多角度照明超高速成像装置

技术领域

[0001] 本发明实施例涉及超高速成像技术领域，尤其涉及一种多角度照明超高速成像装置。

背景技术

[0002] 在科学、工业、国防、能源和医学等领域，高速光学成像是观察目标物体动态过程不可或缺的技术。衡量光学系统时间性能优劣的参数是成像帧率以及曝光时间。传统的成像系统通常使用CCD或CMOS作为感光器件，其成像帧率受制于灵敏度与积分时间的影响，通常仅达MHz，这对于超高速运动的物体而言是远远不够的。为了捕捉到这种超高速的运动现象，系统的成像帧率要求在THZ以上，曝光时间要求在百飞秒量级。

[0003] 在相关技术中，超高速成像系统所使用的成像方法主要分为两类：泵浦探针方法及单次曝光方法。其中，泵浦探针方法存在一定的局限性，它只能用于捕捉重复发生的超快事件。然而，许多超快现象是不可重复的。例如，不可逆结晶化学反应、活组织中的光散射、激光诱导损伤中的冲击波及混沌激光动力学等。因此，在探测非重复的超快现象方面，泵浦探针方法是无法适用的。而单次曝光方法的出现，就是为了克服泵浦探针方法的限制。单次曝光的代表性技术包括：串行时间全光映射成像(STAMP)及基于频率识别算法的多路曝光成像(FRAME)。这两种成系统在时间性能方面虽然达到了THZ、百飞秒的要求，但却显著地增加了成像系统的复杂性。此外，它们不能对复值物体进行成像，即不具备相位检测能力，而相位信息在生物及物理等研究领域十分重要。

发明内容

[0004] 为了解决上述问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的多角度照明超高速成像装置。

[0005] 根据本发明实施例的一方面，提供了一种多角度照明超高速成像装置，包括：

[0006] 宽谱脉冲光源、时延装置、多角度照明装置、透镜组及电荷耦合器件；其中，待测物体被放置在透镜组中；宽谱脉冲光源发出的单个脉冲光经过时延装置后，被分成不同时刻的频率分量，不同时刻的频率分量通过多角度照明装置后，按照不同的角度穿过透镜组中的待测物体，聚焦在电荷耦合器件的不同位置上，电荷耦合器件用于记录待测物体在不同时刻的功率谱信息。

[0007] 本发明实施例提供的多角度照明超高速成像装置，通过使用多角度照明的方法将待测物体不同时刻的功率谱信息映射在电荷耦合器件的不同位置上，进而对电荷耦合器件的不同位置上采集到的数据进行处理，从而可得到待测物体在超高速运动状态下的强度信息与相位信息。

[0008] 应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述是示例性和解释性的，并不能限制本发明实施例。

附图说明

[0009] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0010] 图1为本发明实施例提供的一种多角度照明超高速成像装置的结构示意图；

[0011] 图2为本发明实施例提供的一种多角度照明超高速成像装置的结构示意图；

[0012] 图3为本发明实施例提供的一种多角度照明超高速成像装置的结构示意图。

具体实施方式

[0013] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0014] 针对相关技术中的问题，本发明实施例提供了一种多角度照明超高速成像装置。参见图1，该装置包括：宽谱脉冲光源101、时延装置102、多角度照明装置103、透镜组104及电荷耦合器件105；其中，待测物体被放置在透镜组104中；宽谱脉冲光源101发出的单个脉冲光经过时延装置102后，被分成不同时刻的频率分量，不同时刻的频率分量通过多角度照明装置103后，按照不同的角度穿过透镜组104中的待测物体，聚焦在电荷耦合器件105的不同位置上，电荷耦合器件105用于记录待测物体在不同时刻的功率谱信息。

[0015] 在图1中，透镜组104是包含两个透镜的，两个透镜之间的黑色柱状物体即为待测物体。实际实施中透镜组104还可以包含三个以上的透镜，本发明实施例对此不作具体限定。需要说明的，透镜组104中透镜的总数为偶数个。

[0016] 本发明实施例提供的多角度照明超高速成像装置，通过使用多角度照明的方法将待测物体不同时刻的功率谱信息映射在电荷耦合器件的不同位置上，进而对电荷耦合器件的不同位置上采集到的数据进行处理，从而可得到待测物体在超高速运动状态下的强度信息与相位信息。

[0017] 基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，透镜组104包括第一透镜及第二透镜，待测物体被放置在第一透镜及第二透镜之间。其中，透镜组104包含两个透镜的情况可以参考图1。

[0018] 基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，透镜组104包括三个以上的透镜；待测物体被放置在透镜组104中的其中两个透镜之间，透镜组104中的其它透镜放置在其中两个透镜的左边或右边。其中，透镜组104中的其它透镜放置在其中两个透镜的左边的情况可参考图2，透镜组104中的其它透镜放置在其中两个透镜的左边的情况可参考图3。

[0019] 基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，时延装置102为时域色散器；时域色散器，用于对单个脉冲光在时间上进行展宽，得到不同时刻的频率分量。具体地，使用时域色散器件进行时延是将宽谱脉冲在时间上进行展宽，脉冲经过展宽后，不同的频率分量会对应不同的时刻，进而使用不同的频率分量照明待测物体，即可实现超高速成像。其中，时域色散器可以为光纤，由于单个脉冲光中包含的不同频率的分量，在光纤中传输速度是不同的，从而在光纤的输出端口，单个脉冲光中不同频率的分量，会在不同时刻从输出端口输出，从而可以得到不同时刻的频率分量。

[0020] 基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，时延装置102包括多个不同的输出端口；其中，单个脉冲光通过不同的输出端口可输出不同时刻的频率分量。具体地，单个脉冲光在传播时，会串行经过每一个输出端口。由于从每一输出端口可以输出单个脉冲光一个频率的分量，而不同的输出端口之间存在光程差，光程差即对应了时间延时，也即通过多个输出端口可以得到不同时刻的频率分量。

[0021] 基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，电荷耦合器件105，用于在不同位置上记录待测物体在不同时刻的功率谱，通过相位恢复算法对不同时刻的功率谱进行处理，得到待测物体在不同时刻的功率谱信息。

[0022] 具体地，以透镜组104包含两个透镜为例，在经过时延装置102后，不同时刻的照明光，也即不同时刻的频率分量会从不同的输出端口出射至自由空间，经过透镜组104中的第一个透镜后(该透镜起准直作用)，不同的输出会被准直为平行光，以不同的角度照明待测物体。穿过待测物体后，携带物体信息的不同角度的入射光会被透镜组104中的第二个透镜聚焦在电荷耦合器件105的不同位置上。此时，电荷耦合器件105的不同位置上所记录的信息即为待测物体不同时刻的功率谱。通过使用相位恢复算法对电荷耦合器件105采集到的功率谱进行处理，便可以获得待测物体不同时刻的功率谱信息。

[0023] 以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

[0024] 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

[0025] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。