(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210755955.2 (22)申请日 2022.06.29 (71)申请人 武汉大学 地址 430072 湖北省武汉市武昌区八一路 299号 (72)发明人 雷诚　李如冰　王度　林思源　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 胡琦旖 (51)Int.Cl. G01N 21/84(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种基于低通滤波器的压缩超快成像系统 及方法 (57)摘要 本发明属于高速成像技术领域， 公开了一种 基于低通滤波器的压缩超快成像系统及方法。 本 发明将低通滤波器作为信号采集的压缩组件， 通 过低通滤波器滤除采样信号中的高频部分， 降低 采样信号的带宽， 实现信号降采样。 本发明能够 有效降低系统复杂 度和成本， 提升恢复图片的信 噪比。 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 CN 115047001 A 2022.09.13 CN 115047001 A 1.一种基于低通滤波器的压缩超快成像系统， 其特征在于， 包括： 时域拉伸单元、 可编 程结构光单元、 高速信号采集单元和信号处理单元； 所述高速信号采集单元包括低通滤波 器， 所述低通滤波器作为信号采集的压缩组件， 用于滤除采样信号中的高频部分， 降低采样 信号的带宽， 实现信号降采样。 2.根据权利要求1所述的基于低 通滤波器的压缩超快成像系统， 其特征在于， 所述高速 信号采集单元还包括： 第一4f透镜系统、 第一物镜、 第二物镜、 第二4f透镜系统、 第二衍射光 栅、 第二准直器、 高速光电探测器和高速示波器； 所述第一4f透镜系统和所述第 一物镜用于将编码结构光信号聚焦于待测样品表面； 携 带待测样品信息的光信号依 次经过所述第二物镜和所述第二4f透镜系统后入射至所述第 二衍射光栅上， 所述第二衍射光栅用于对光信号进行空间域压缩； 压缩后的光信号经所述 第二准直器准直后输入至所述高速光电探测器， 所述高速光电探测器用于捕获采样信号， 将光信号转换为模拟电信号； 所述高速光电探测器的射频信号输出端连接所述低通滤波器 的输入端， 所述低通滤波器的输出端连接所述高速示波器的信号输入端； 所述低通滤波器 用于滤除采样信号中的高频信号， 所述高速示波器将采集信号的通道带宽降至与所述低通 滤波器的截止频率一致， 所述高速示波器用于进行低采样率采集， 将模拟电信号转换为数 字信号， 并传输 至所述信号处 理单元。 3.根据权利要求1所述的基于低 通滤波器的压缩超快成像系统， 其特征在于， 所述高速 信号采集单 元采用多个串联的低通滤波器作为信号采集的压缩组件。 4.根据权利要求1所述的基于低 通滤波器的压缩超快成像系统， 其特征在于， 所述 时域 拉伸单元包括： 锁模飞秒激光器和色散光纤； 所述锁模飞秒激光器的光信号输出端连接所 述色散光纤， 所述锁模飞秒激光器用于产生飞秒脉冲， 所述色散光纤用于将所述飞秒脉冲 在时域展开。 5.根据权利要求4所述的基于低 通滤波器的压缩超快成像系统， 其特征在于， 所述可编 程结构光单元包括： 任意波形发生器、 电光调制器、 掺铒光纤激光放大器、 第一准直器和第 一衍射光栅； 所述锁模飞秒激光器的射频信号输出端连接所述任意波形发生器的外部时钟信道， 作 为所述任意波 形发生器的触发信号； 所述色散光纤的尾端接入所述电光调制器的光信号输 入端， 所述任意波形发生器的编码信号输出端连接所述电光调制器的电信号输入端， 所述 电光调制器用于产生编 码结构光信号； 所述电光调制器的光信号输出端连接所述掺铒光纤 激光放大器， 所述掺铒光纤激光放大器用于对所述编码结构光信号进行功率放大； 所述掺 铒光纤激光放大器的输出光路上依 次设置有所述第一准直器、 所述第一衍射光栅， 所述第 一衍射光栅用于将准 直后的编码结构光信号在空间色散 。 6.根据权利要求1所述的基于低 通滤波器的压缩超快成像系统， 其特征在于， 所述可编 程结构光单元采用正弦编 码或随机二值编 码信号， 码率为所述时域拉伸单元中激光器重频 的整数倍； 所述信号处理单元采用正交编码信号结合傅里叶变换恢复算法恢复图像， 随机 二值信号采用正交迭代追踪算法恢复图像。 7.一种基于低通滤波器的压缩超快成像方法， 其特征在于， 将低通滤波器作为信号采 集的压缩组件， 通过所述低通滤波器滤除采样信号中的高频部 分， 降低采样信号的带宽， 实 现信号降采样。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115047001 A 28.根据权利要求7所述的基于低 通滤波器的压缩超快成像方法， 其特征在于， 将多个串 联的低通滤波器作为信号采集的压缩组件。 9.根据权利要求7所述的基于低 通滤波器的压缩超快成像方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： 步骤1、 通过锁模飞秒脉冲激光器产生飞秒脉冲， 通过色散光纤将所述飞秒脉冲在时域 展开； 步骤2、 将所述锁模飞秒脉冲激光器的射频信号输出端连接任意波形发生器的外部时 钟信道， 作为所述任意波形发生器的触发信号； 将所述色散光纤的尾端接入电光调制 器的 光信号输入端， 将所述任意波 形发生器的编码信号输出端连接所述电光调制器的电信号输 入端， 所述电光调制器的输出端输出编码结构光信号； 步骤3、 编码结构光信号入射至第 一衍射光栅， 通过所述第 一衍射光栅将脉冲 频谱在空 间域色散； 步骤4、 经所述第一衍射光栅色散后的编码结构光信号经过第一4f透镜系统和第一物 镜后聚焦照射至待测样品表面， 携带待测样品信息的光信号依次经第二物镜和 第二4f透镜 系统后入射至第二 衍射光栅， 通过所述第二 衍射光栅对光信号进行空间域压缩； 步骤5、 压缩后的光信号输入至高速光电探测器， 通过所述高速光电探测器捕获采样信 号， 将光信号 转换为模拟电信号； 步骤6、 通过所述低通滤波器滤除采样信号中的高频信号， 降低采样信号的带宽， 通过 与所述低通滤波器的输出端连接的高速示波器进 行低采样率采集， 所述高速示波器将模拟 电信号转换为数字电信号， 并传输至信号处理单元； 所述信号处理单元存储记录采集信号， 并利用恢复算法重构得到样品信息 。 10.根据权利要求9所述的基于低通滤波器的压缩超快成像方法， 其特征在于， 所述步 骤3中， 所述编码结构光信号入射至所述第一衍射光栅之前， 还包括： 通过掺铒光纤激光放 大器、 第一准直器依次对 所述编码结构光信号进 行放大、 准直； 所述步骤5中， 压缩后的光信 号通过第二 准直器进行准 直后输入至所述高速光电探测器。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115047001 A 3