近日，体育投注现金网_沙巴体育-娱乐场*官网@精密光谱科学与技术国家重点实验室齐大龙研究员、张诗按教授团队在高保真实时超快成像技术研究方面取得重要进展。相关研究成果以“Discrete illumination-based compressed ultrafast photography for high-fidelity dynamic imaging”为题，于2024年8月9日在线发表于国际顶级学术期刊Advanced Science（IF=14.3）。
图1.Advanced Science刊登张诗按教授科研团队基于离散照明实现高保真压缩超快成像的科研成果
单次多幅超快光学成像，作为一种成像速度可以超过十亿帧/秒的探测技术，已经被广泛应用于一些不可逆或难以重复超快动态场景的实时可视化，是人类理解各种瞬态物理、化学和生物现象的关键技术。其中，压缩超快成像（CUP）技术通过结合压缩感知原理与条纹成像技术成功将成像速度突破至百万亿帧/秒的量级，成为单次多幅超快光学成像领域不可替代的有力工具。然而，该技术工作在连续时序偏转模式下，通常是几十至数百帧的动态场景被压缩为一张二维图像采集，过高的数据压缩比极大地退化了该技术的图像重建质量，并严重制约了其捕获复杂超快场景的能力。
为了解决这个难题，齐大龙研究员和张诗按教授研究团队基于时域脉冲整形技术开发了一种高保真离散照明增强型压缩超快成像（DI-CUP）技术。该技术通过将单个超短脉冲整形为一系列在时域上分离的脉冲序列，并利用其对超快动态场景提供离散式的照明，可以灵活控制压缩成像的数据压缩比，从而使得图像重构算法可以以更高的空间分辨率和更优秀的成像质量对场景进行还原。
研究团队研制的实验系统如图2所示，主要包括超短序列式脉冲串产生模块、压缩感知条纹成像模块和外置静态成像模块。首先将单个超短脉冲通过脉冲整形器整形为脉冲序列，随后该脉冲序列中的子脉冲按顺序照射在动态场景上，形成数十个飞秒量级的“闪光”。光子由镜头收集形成中间场景后，由一个光学分束器分离并分别进入压缩感知条纹成像和外置静态成像模块进行强度配准成像。最后，借助高性能图像重构算法，即可精确还原每个子脉冲对应时刻动态场景的时空动力学信息。
图2.离散照明增强型压缩超快成像技术的实验系统
通过对飞秒激光诱导硅冲击波动力学的实时观测（如图3所示），研究团队证实DI-CUP记录的瞬时图像与高精度泵浦-探测（Pump-probe）显微成像技术记录的瞬时图像高度一致，展示了该技术在记录具有复杂空间结构的超快动力学方面的可靠性。我们相信，DI-CUP将在各种超快动态实时观测中发挥重要作用，并推进科学和工业领域的新发现。
图3.离散照明增强型压缩超快成像技术与泵浦-探测显微成像技术的观测结果对照
该研究成果近期在线发表于Advanced Science2024, 2403854，体育投注现金网_沙巴体育-娱乐场*官网@为第一完成单位，体育投注现金网_沙巴体育-娱乐场*官网@博士后姚佳丽和博士研究生郭姿含为论文的共同第一作者，齐大龙研究员、张诗按教授为论文共同通讯作者。研究工作获国家自然科学基金委员会（12074121, 12325408等）和上海市科学技术委员会（21XD1400900）的支持。
附：论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202403854
来源｜精密光谱科学与技术国家重点实验室。科技处 编辑｜沈韵婷 编审｜郭文君
