详情

原文传递用于流场诊断的快速荧光寿命成像系统及方法

专利名称：	用于流场诊断的快速荧光寿命成像系统及方法
摘要：	本发明提供了一种用于流场诊断的快速荧光寿命成像系统及方法，解决现有荧光寿命成像技术成像时间分辨率低和帧率低的问题。该系统包括脉冲激光器、片光整形装置、流场发生装置、滤波片、分幅相机及数据处理装置；脉冲激光器同时发射激光脉冲和电信号，片光整形装置用于将激光脉冲整形为片光；流场发生装置用于提供待测目标流场，待测目标流场经片光照射后发射荧光信号；滤波片用于透过荧光信号并滤除杂散信号；分幅相机包括同步控制装置和四台门控相机，同步控制装置控制四台门控相机的曝光时间门及延时；电信号触发分幅相机进行曝光获得四分幅图像；数据处理装置用于接收分幅相机捕获的四分幅图像并处理四分幅图像，得到荧光寿命图像并显示。
专利类型：	发明专利
申请人：	中国科学院西安光学精密机械研究所
发明人：	李亚晖;高贵龙;何凯;田进寿
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T17:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T17:00:00+0805
申请号：	CN201911303203.7
公开号：	CN111024663A
代理机构：	西安智邦专利商标代理有限公司
代理人：	董娜
分类号：	G01N21/64;G01M10/00;G;G01;G01N;G01M;G01N21;G01M10;G01N21/64;G01M10/00
申请人地址：	710119 陕西省西安市高新区新型工业园信息大道17号
主权项：	1.一种用于流场诊断的快速荧光寿命成像系统，其特征在于：包括脉冲激光器(1)、片光整形装置(2)、流场发生装置(3)、滤波片(4)、分幅相机(5)及数据处理装置(6)；所述脉冲激光器(1)同时发射激光脉冲和电信号，所述激光脉冲为单脉冲能量在毫焦量级的皮秒激光脉冲，激光脉冲的波长与流场发生装置(3)中待测目标中待测组份的激发波长相等；所述片光整形装置(2)用于将激光脉冲整形为片光；所述流场发生装置(3)用于提供待测目标流场，待测目标流场经所述片光照射后，待测目标流场中的待测组份发射荧光信号；所述滤波片(4)用于透过所述荧光信号并滤除杂散信号，所述杂散信号包括激光脉冲；所述分幅相机(5)包括同步控制装置和四台门控相机，同步控制装置用于控制四台门控相机的曝光时间门及延时；所述分幅相机(5)与脉冲激光器(1)连接，所述脉冲激光器(1)发射的电信号触发分幅相机(5)，通过所述同步控制装置控制四台门控相机，对经滤波片(4)滤波后的荧光信号进行曝光，获得四分幅图像；所述数据处理装置(6)与分幅相机(5)连接，用于接收分幅相机(5)捕获的四分幅图像，采用荧光寿命算法处理四分幅图像，得到荧光寿命图像并显示；所述荧光寿命算法是基于最小二乘法或最大似然法的拟合算法，或是基于快速荧光寿命算法的非拟合算法。 2.根据权利要求1所述用于流场诊断的快速荧光寿命成像系统，其特征在于：所述分幅相机(5)为分孔径式分幅相机或分振幅式分幅相机或者转镜式分幅相机。 3.根据权利要求1所述用于流场诊断的快速荧光寿命成像系统，其特征在于：所述门控相机为像增强型CCD或像增强型CMOS相机。 4.根据权利要求1至3任一所述用于流场诊断的快速荧光寿命成像系统，其特征在于：所述滤光片为带通滤波片(4)或者长通滤波片(4)。 5.根据权利要求4所述用于流场诊断的快速荧光寿命成像系统，其特征在于：所述片光整形装置(2)包括沿激光传输方向依次设置的扩束镜和准直镜。 6.一种用于流场诊断的双指数衰减模型快速荧光寿命成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、脉冲激光器(1)发射一个单脉冲能量在毫焦量级的皮秒激光脉冲，该皮秒激光脉冲的波长对应于流场发生装置(3)中待测目标中待测组份的激发波长；同时，脉冲激光器(1)发射一个电信号；步骤二、皮秒激光脉冲经片光整形装置(2)整形为片光；步骤三、片光照射流场发生装置(3)产生的待测目标流场，使待测目标流场中的待测组份发射荧光信号，并经滤波片(4)滤除杂散信号；步骤四、脉冲激光器(1)发射的电信号触发分幅相机(5)，使其对经滤波片(4)滤除后的荧光信号进行曝光，获得记录四张具有不同曝光时间门的荧光强度图像；步骤五、将分幅相机(5)捕获的四张荧光强度图像传送到数据处理装置(6)，利用拟合算法进行双指数衰减模型下的荧光寿命图像计算及显示。 7.根据权利要求6所述用于流场诊断的双指数衰减模型快速荧光寿命成像方法，其特征在于，步骤五中，双指数衰减模型为： I＝A1exp(-t/τ1)+A2exp(-t/τ2)；其中，I为时变荧光信号强度，t为时间，A1、A2为2个预指数因子，τ1、τ2为2个不同的荧光寿命。 8.一种用于流场诊断的单指数衰减模型高重频快速荧光寿命成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、脉冲激光器(1)连续发射两个重频为KHz～MHz、能量在毫焦量级的皮秒激光脉冲，该皮秒激光脉冲的波长对应于流场发生装置(3)中待测目标中待测组份的激发波长；同时，脉冲激光器(1)发射一个电信号；步骤二、两个皮秒激光脉冲经片光整形装置(2)整形为两个片光；步骤三、两个片光先后照射流场发生装置(3)产生的待测目标流场，使待测目标流场中的待测目标组份发射两个荧光信号，并经滤波片(4)滤除杂散信号；其中，两个荧光信号分别为第一荧光信号和第二荧光信号；步骤四、脉冲激光器(1)发射的电信号触发分幅相机(5)，使其对经滤波片(4)滤除后的第一荧光信号和第二荧光信号进行曝光；分幅相机(5)的其中两台门控相机对第一荧光信号进行曝光，获得记录第一荧光信号的两张具有不同曝光时间门的荧光强度图像；分幅相机(5)的另外两台门控相机对第二荧光信号进行曝光，获得记录第二荧光信号的两张具有不同曝光时间门的荧光强度图像；步骤五、将分幅相机(5)捕获的四张荧光强度图像传送到数据处理装置(6)，进行两张高重频荧光寿命图像的计算及显示。
所属类别：	发明专利