超快现象光谱体积压缩超快摄影的5D成像

五维成像快照

具有时间空间 - 光谱分辨率的五维成像的快照。信誉:华东师范大学S.张

光谱体积压缩超快摄影在单个快照中同时捕获5D信息。

信息丰富的光学成像可以提供多维信息,使观察和分析探测目标,有助于洞察神秘和未知的世界。超快多维光学成像由于能够在皮秒甚至飞秒的时间尺度上捕捉动态场景,在物理、化学和生物学的超快现象检测方面具有重要的应用。yabovip2021yabo124

虽然基于泵探测的超速成像可以获得高分辨率的多维信息,但它无法充分捕获不稳定或不可逆转的瞬态场景。幸运的是,基于压缩传感和条纹成像的压缩超快摄影(杯)超越了基于传统的泵探针超速成像。杯子由于其高时间分辨率,高数据通量和单次采集而引起了广泛的关注。它已成功地应用于各种超快现象的研究,例如捕获超快光子,观察光学马赫锥体和检测光学混沌动力学。

对于许多超快现象,动态场景的空间体积分布和光谱组成对于观察动态过程和探索潜在机制至关重要。虽然近年来提出了超速度光学成像,但近年来已经提出了各种具有空间或光谱分辨率的方法,但到目前为止没有超快成像技术已经能够获取时间空间光谱(x,y,z,t, λ)五维(5D)信息与快照同时进行。

SV-CUP的原理图和5D成像

SV-CUP的原理图和5D成像。(一)实验系统。(b)工作原理图。(c)三维人体模型数据立方体重建。(d)选取具有代表性时间和波长的三维人体模型重建图像。(e)从重建数据提取的时间分辨光谱。资料来源:Ding et al. doi 10.1117/1.AP.3.4.045001

在报道先进光子学最近,华东师范大学精密光谱学国家重点实验室张世安领导的一个国际团队开发并实验演示了一个光谱体积(SV) CUP系统,该系统可以通过一次快照测量同时捕获5D信息。创新的SV-CUP结合了飞行时间CUP (ToF-CUP)和高光谱CUP (HCUP): ToF-CUP提取空间三维信息,HCUP记录时空光谱4D信息。根据ToF-CUP和HCUP之间的时间戳关系,将它们耦合在一起,最终得到5D信息的完整补充。

空间分辨率分别为0.39、0.35和3毫米x, y,z方向,系统可以可靠地解析各种3D对象,如在实验上通过参考量子点涂覆的3D时装模特进行实验证明。视野为8.8毫米6.3mm≥15mm,可以通过根据场景更换管镜头来方便地调整。2 ps的时间帧间隔和1.72nm的频谱帧间隔有助于令人印象深刻的性能,导致具有高光谱和体积分辨率的5d成像。

SV-CUP结合了计算成像、压缩感知和图像处理技术,为超快光学成像提供了一种改进维数的新方案。据张说,“SV-CUP为研究物理学和生物化学中的超快现象提供了新的视角。”yabovip2021

参考文献:丁鹏鹏、姚云华、祁大龙、杨成帅、曹凤燕、何伊林、姚嘉丽、金成志、黄正奇、邓丽、邓连忠、贾天青、梁金阳、孙振荣、张岩,2021年6月18日,先进光子学
DOI:10.1117 / 1.ap.3.4.045001

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