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

這種新設(shè)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(diào)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(fā)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(jī)是一種創(chuàng)新的原型，對魁北克和加拿大其他地區(qū)的光子學(xué)行業(yè)具有潛在的好處，”專門研究超快成像和生物光子學(xué)的研究員，該研究的通訊作者梁博士說。

技術(shù)強(qiáng)大

多年來，梁金陽教授一直專注于新型光學(xué)成像器件中的激光調(diào)制技術(shù)。單像素成像（SPI）已成為一種使用光調(diào)制和單點(diǎn)探測器而不是二維傳感器的強(qiáng)大技術(shù)。然而，大多數(shù)SPI系統(tǒng)受到僅使用數(shù)字微鏡器件（DMD）的限制，這意味著單像素相機(jī)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(shí)時運(yùn)行的演示視頻。學(xué)分：梁金陽教授和博士生帕特里克·基爾卡倫（國家科學(xué)研究所）

其他方法使用快速移動的物理編碼掩碼進(jìn)行光調(diào)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(tǒng)無法靈活地適應(yīng)不同的實(shí)驗(yàn)參數(shù)。

與這些方法相比，INRS科學(xué)家開發(fā)的新相機(jī)將數(shù)字微鏡設(shè)備與激光掃描相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)快速和可重新配置的圖案投影。這允許系統(tǒng)在不同的空間分辨率以及不同的成像速度和模式下運(yùn)行。因此，它能夠以每秒 100 幀 （fps） 的速度流式傳輸實(shí)時視頻，離線速度高達(dá) 12,000 fps。

“以100 fps實(shí)時成像的能力超越了現(xiàn)有技術(shù)，并闡明了許多需要現(xiàn)場分析和在線反饋的工業(yè)應(yīng)用，”該論文的第一作者，INRS的博士生Patrick Kilcullen說。

應(yīng)用廣泛

另一個特點(diǎn)是該系統(tǒng)非常通用，可以輕松適應(yīng)許多配置。

從科學(xué)上講，該設(shè)備可能具有廣泛的應(yīng)用，特別是在不可見光譜中，因?yàn)闆]有合適的相機(jī)。超高速成像可以捕獲瞬態(tài)事件，例如燃燒現(xiàn)象分析、有害氣體檢測和半導(dǎo)體材料表征。

該團(tuán)隊由博士生Patrick Kilcullen和教授Tsuneyuki Ozaki和Jinyang Liang組成，已為該技術(shù)申請專利，目前正在尋求合作將其商業(yè)化。

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