[发明专利]一种循环S矩阵成像系统及其成像方法

说明书

技术领域

本发明属于光学波段显微成像系统及成像方法。

背景技术

申请人于2005年申请的CN200510018994.0发明专利“光学波段的近场显微镜”，利用循环S矩阵构成的编码模板进行编码，并基于阿达玛变换解码实现光学成像，

所述循环S矩阵所构成的编码模板为制作在透明基板上的金属薄膜上的小孔阵列，阵列形式由循环S矩阵所决定，循环S矩阵可以是3、15、35、63、1023阶循环S矩阵，小孔形状可以是圆形、C形、三角形、栅栏状等异型，孔径可以等于波长、小于波长和大于波长。

基于阿达玛变换实现光学成像技术的基本特征，利用循环S矩阵编码、解码成像时的理论信噪比改善量为其中N为矩阵的阶数，申请人发现这个信噪比改善量还存在可以再提高的空间。

本申请文本中，利用平面XY直角坐标系，XY平面中，X轴为水平轴，向右为正方向，Y轴为垂直轴，向上为正方向。

发明内容

本发明提供一种循环S矩阵成像系统及其成像方法，解决现有编码成像方法基于阿达玛变换实现光学成像所存在的信噪比改善量小的问题，以得到更好的图像质量。

本发明所提供的一种循环S矩阵成像系统，包括光源、透明载物片、编码模板、二维微动平台、采样窗口、光学镜头、单元探测器、AD转换器，其特征在于：

所述光源和透明载物片位于编码模板一侧，光学镜头和单元探测器依次位于编码模板另一侧，采样窗口位于光学镜头和编码模板5之间，编码模板能够在二维微动平台驱动下进行移动，单元探测器的敏感面位于光学镜头焦点上，单元探测器接收到的光学信号经过AD转换器转换为数字信号送到计算机10进行处理，以便得到重构图像；

所述编码模板由镀覆在透明基板上的金属薄膜构成，金属薄膜上具有0和1构成的M行N列小孔阵列，其中0为不透光小孔，1为透光小孔；

所述M行N列小孔阵列由R阶循环S矩阵构成，

所述采样窗口为P行Q列的矩形窗口，P×Q＝R，

当R＝3、7、15、35时，M＝P，N＝(P×Q)+(Q-1)；例如：3阶循环S矩阵，则采样窗口M＝1、P＝3，N＝3+2、N＝3+2；又如15阶循环S矩阵，可折叠为M×P＝3×5或者M×P＝5×3，若取M＝5、P＝3，则N＝15+2；

当R＝15、35、63、255、511、1023时，所述M行N列小孔阵列中，M＝2P-1，N＝2Q-1。

所述R阶循环S矩阵，

R＝3时，首行为101，采样窗口尺寸P×Q＝1×3或P×Q＝3×1；

R＝7时，首行为1110100，P×Q＝1×7或P×Q＝7×1；

R＝15时，首行为000100110101111，P×Q＝3×5或P×Q＝5×3；

R＝35时，首行为00100110101000010011101111100011101，P×Q＝7×5或P×Q＝5×7：

R＝63时，首行为：

00000100001100010100111101000111001

0010110111011001101010111111，

P×Q＝9×7或P×Q＝7×9；

R＝225时，首行为：

P×Q＝9×25或P×Q＝25×9；

以下字符对应关系：以八进制0、1、2、3、4、5、6、7分别表示二进制000、001、010、011、100、101、110、111；

R＝511时，首行为：

P×Q＝7×73或P×Q＝73×7；

R＝1023时，首行为：

P×Q＝33×31或者P×Q＝31×33。

本发明所提供的一种循环S矩阵成像方法，包括设置步骤和采样步骤，其特征在于：

(1)设置步骤：

将光源、透明载物片、样品置于编码模板一侧，光学镜头和单元探测器依次置于编码模板另一侧，单元探测器位于光学镜头焦点上，采样窗口位于光学镜头和编码模板之间，待测目标置于光源和编码模板之间，单元探测器通过光学镜头对准编码模板，待测目标、采样窗口和探测器固定；

当编码模板上的小孔为亚波长尺寸时，待测目标与编码模板的距离为近场距离；

(2)采样步骤：