CN106841117B - 基于差分检测方法和游程编码的超快成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于差分检测方法和游程编码的超快成像方法，利用光学装置被检测物体的图像信息进行检测，再利用差分检测方法进行信号检测，可以检出相邻两帧之间的差异性，去除相似的冗余信号，为后端信号压缩做前期预处理；在后端数据处理时，利用游程编码压缩技术，可以进一步减少冗余数据，以简短的存储格式记录下海量数据。为超高速成像技术减少数据量，提高存储、传输及处理的效率。本发明方法的算法易于掌握，性能稳定，系统成本低。

Description

基于差分检测方法和游程编码的超快成像方法
技术领域
本发明涉及一种成像技术，特别涉及一种基于差分检测方法和游程编码的超快成像方法。
背景技术
在科学研究和技术研发的过程中，传统的成像速度受限于高速快门和探测器阵列的数据读取时间，约1000帧/秒，在生物细胞检测领域成像效果不佳。近年来发展迅速的超高速成像可获得高达数百至上千万帧/秒的帧频,具有绝佳的时间分辨力,可以实现传统成像技术无法达到的成像速率。利用这项超快成像技术可以解决众多科研和工业领域的难题，包括高速生物细胞检测筛选，观测激光核聚变和等离子体辐射的动态过程。
但是，由于成像速率非常快，在成像的过程中将会产生大量的承载图像信息的数据，难以实现超高速下的连续成像。在高速检测过程中，如果运用超高速成像技术，以产生512×512的8位灰度图为例，当成像速率达到每秒一百万帧时，在检测过程中，每秒将产生244Gbit左右的数据量，传统的缓存设备由于存储深度有限，无法将如此庞大的数据高速记录下来。所以迫切需要一种方法来解决当前超高速成像技术中海量数据存储及传输的难题。
发明内容
本发明是针对当前超快成像技术中出现的数据存储和传输速率的不足的问题，提出了一种基于差分检测方法和游程编码的超快成像方法，结合了差分检测方法及游程编码，为超高速成像技术减少数据量，提高存储、传输及处理的效率。
本发明的技术方案为：一种基于差分检测方法和游程编码的超快成像方法，具体包括如下步骤：
1）飞秒激光器产生超短激光脉冲，光脉冲经由光环行器的第一接口输入，从第二接口输出进入准直器；
2）准直器输出的准直超短激光脉冲，通过相位延迟片组调整光的偏振状态，再经过扩束透镜组放大光斑，提高空间分辨率；扩束透镜组输出的光垂直照射在衍射光栅的表面上，衍射光栅将超短激光脉冲中不同波长的光沿着不同的方向发散，发散的光束经过聚焦透镜组聚焦进入物镜，然后不同波长的光被聚焦在被检测物体的不同位置上，由于被检测物体不同位置上光的反射率存在差异，不同波长的光的强度被分别进行调制，被检测物体的图像信息被携带在反射光中；
3）携带被检测物体图像信息的反射光束沿原路径返回，光束通过准直器由光环行器的第二接口输入，从第三接口输出；
4）从光环行器中第三接口输出的光脉冲，经由色散补偿光纤将脉冲在时域上延展，实现谱域到时域上的映射；输出的光功率再经过掺铒光纤放大器放大输出，放大输出的光通过50：50的耦合器将其分成两路；其中一路，光脉冲通过可调光延迟线将脉冲信号延迟后输出；在另一路，光脉冲经过一个衰减器将光脉冲的能量减弱后输出，以平衡两个光脉冲之间的能量；
5）两个光脉冲信号再经过平衡光电探测器，将两路光脉冲信号相减同时转化为一路电信号输出，数字处理器接收电信号进行信号处理，运用游程编码的压缩技术对存储图像信息的文件进行压缩存储；经过压缩后的文件再运用游程编码技术的解码技术还原出被检测物体的图像。
本发明的有益效果在于：本发明基于差分检测方法和游程编码的超快成像装置，利用差分检测方法进行信号检测时，可以检出相邻两帧之间的差异性，去除相似的冗余信号，为后端信号压缩做前期预处理；在后端数据处理时，利用游程编码压缩技术，可以进一步减少冗余数据，以简短的存储格式记录下海量数据。为超高速成像技术减少数据量，提高存储、传输及处理的效率。本发明方法的算法易于掌握，性能稳定，系统成本低。
附图说明
图1为本发明基于差分检测方法和游程编码的超快成像装置结构示意图。
具体实施方式
如图1所示基于差分检测方法和游程编码的超快成像装置结构示意图，装置包括飞秒激光器1、光环行器2、准直器3、相位延迟片组4、扩束透镜组5、衍射光栅6、聚焦透镜组7、物镜8、被检测物体9、色散补偿光纤10、掺铒光纤放大器11、耦合器12、可调光延迟线13、衰减器14、平衡光电探测器15、数字处理器16。
基于差分检测方法和游程编码的超快成像方法具体步骤如下：
1、首先由飞秒激光器1产生超短激光脉冲，严格控制脉冲的能量，防止能量太大，对成像的结果造成干扰；光经由光环行器2的2.1口输入，从2.2口输出进入准直器3。
2、准直输出的超短激光脉冲，通过相位延迟片组4调整光的偏振状态，再经过扩束透镜组5放大光斑，放大光斑的目的是为了提高空间分辨率；随后，光垂直照射在衍射光栅6的表面上，衍射光栅6将超短激光脉冲中不同波长的光沿着不同的方向发散，发散的光束经过聚焦透镜组7，不同波长的光分别聚焦经过物镜8，实现长距离成像，复消色差以及提高成像的分辨率，最终聚焦在被检测物体9的不同位置上，由于被检测物体不同位置上光的反射率存在差异，不同波长的光的强度被分别进行调制；由此，被检测物体9的图像信息被记录在反射光束的光谱中。
3、携带被检测物体图像信息的反射光束沿原路径返回，光束通过准直器3由光环行器2的2.2口输入，从2.3口输出。
4、从光环行器2中2.3口输出的光束，光脉冲经由色散补偿光纤10将脉冲在时域上延展，实现谱域到时域上的映射；光功率经过掺铒光纤放大器11放大输出，光脉冲的能量被增大；放大输出的光通过50：50的耦合器12将其分成两路；在其中一路，光脉冲通过可调光延迟线13将脉冲信号延迟后输出，同时光脉冲的能量会相应的减弱；在另一路，光脉冲经过一个衰减器14将光脉冲的能量减弱后输出，以平衡两个光脉冲之间的能量。
5、两个光脉冲信号再经过平衡光电探测器15，将两路光脉冲信号相减同时转化为一路电信号输出，并将相应的电信号通过数字处理器16进行信号处理，运用游程编码的压缩技术对存储图像信息的文件进行压缩存储；经过压缩后的文件再运用游程编码技术的解码技术还原出被检测物体9的图像。
该方案可以促使超快成像技术在超高速采样的条件下，克服数据量过大及数据存储的问题，并且能够提高成像的效率，实现超高速的长时间连续成像。

Claims (1)

1.一种基于差分检测方法和游程编码的超快成像方法，具体包括如下步骤：
1)飞秒激光器产生超短激光脉冲，光脉冲经由光环行器的第一接口输入，从第二接口输出进入准直器；
2)准直器输出的准直超短激光脉冲，通过相位延迟片组调整光的偏振状态，再经过扩束透镜组放大光斑，提高空间分辨率；扩束透镜组输出的光垂直照射在衍射光栅的表面上，衍射光栅将超短激光脉冲中不同波长的光沿着不同的方向发散，发散的光束经过聚焦透镜组聚焦进入物镜，然后不同波长的光被聚焦在被检测物体的不同位置上，由于被检测物体不同位置上光的反射率存在差异，不同波长的光的强度被分别进行调制，被检测物体的图像信息被携带在反射光中；
3)携带被检测物体图像信息的反射光束沿原路径返回，光束通过准直器由光环行器的第二接口输入，从第三接口输出；
4)从光环行器中第三接口输出的光脉冲，经由色散补偿光纤将脉冲在时域上延展，实现谱域到时域上的映射；输出的光功率再经过掺铒光纤放大器放大输出，放大输出的光通过50：50的耦合器将其分成两路；其中一路，光脉冲通过可调光延迟线将脉冲信号延迟后输出；在另一路，光脉冲经过一个衰减器将光脉冲的能量减弱后输出，以平衡两个光脉冲之间的能量；
其特征在于，
5)两个光脉冲信号再经过平衡光电探测器，将两路光脉冲信号相减同时转化为一路电信号输出，数字处理器接收电信号进行信号处理，运用游程编码的压缩技术对存储图像信息的文件进行压缩存储；经过压缩后的文件再运用游程编码技术的解码技术还原出被检测物体的图像。
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