具有多種應用的新型超快相機

在國家科學研究研究所（INRS）能源通信研究中心的實驗室里，梁金陽教授和他的同事正在開發一種新的超高速單像素相機。

這種新設備稱為通過掃描聚合模式加速的單像素成像（SPI-ASAP），能夠使用光調制以每秒12，000幀的速度流式傳輸視頻，從而具有極大的靈活性。這項工作發表在《自然通訊》雜志上，代表了超高速單像素成像的突破。

SPI-ASAP示意圖

“這款新相機是一種創新的原型，對魁北克和加拿大其他地區的光子學行業具有潛在的好處，”專門研究超快成像和生物光子學的研究員，該研究的通訊作者梁博士說。

技術強大

多年來，梁金陽教授一直專注于新型光學成像器件中的激光調制技術。單像素成像（SPI）已成為一種使用光調制和單點探測器而不是二維傳感器的強大技術。然而，大多數SPI系統受到僅使用數字微鏡器件（DMD）的限制，這意味著單像素相機記錄圖像的速度只有幾十赫茲。

SPI-ASAP 在各種場景、幀分辨率和幀速率下實時運行的演示視頻。學分：梁金陽教授和博士生帕特里克·基爾卡倫（國家科學研究所）

其他方法使用快速移動的物理編碼掩碼進行光調制。雖然速度很快，但這些掩模也可以固定分辨率，使此類系統無法靈活地適應不同的實驗參數。

與這些方法相比，INRS科學家開發的新相機將數字微鏡設備與激光掃描相結合，以實現快速和可重新配置的圖案投影。這允許系統在不同的空間分辨率以及不同的成像速度和模式下運行。因此，它能夠以每秒 100 幀 （fps） 的速度流式傳輸實時視頻，離線速度高達 12,000 fps。

“以100 fps實時成像的能力超越了現有技術，并闡明了許多需要現場分析和在線反饋的工業應用，”該論文的第一作者，INRS的博士生Patrick Kilcullen說。

應用廣泛

另一個特點是該系統非常通用，可以輕松適應許多配置。

從科學上講，該設備可能具有廣泛的應用，特別是在不可見光譜中，因為沒有合適的相機。超高速成像可以捕獲瞬態事件，例如燃燒現象分析、有害氣體檢測和半導體材料表征。

該團隊由博士生Patrick Kilcullen和教授Tsuneyuki Ozaki和Jinyang Liang組成，已為該技術申請專利，目前正在尋求合作將其商業化。

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