仪器仪表学报

作者：白文星，刘东远，吴叶，白静，高峰

单位：白文星,天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072,,刘东远,天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072,,吴叶,天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072,,白静,天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072,,高峰,天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072,gaofeng@tju.edu.cn,

关键词：扩散光学层析成像;空间频域成像;单像素成像;时间分辨测量

基金：国家自然科学基金（62205239, 62075156）、中国博士后科学基金（2023M732600）项目资助

研究提出一种创新的宽场时域扩散光学层析成像（TD-DOT）方法，通过整合空间频域（SFD）成像、单像素成像和时间相关单光子计数技术，实现对浑浊介质的宽场时间分辨测量；进一步通过先进的TD-SFD-DOT重建方法，实现对测量目标光学参数的三维重建。该方法开发的成像系统采用创新的单像素SFD成像架构，使用两个空间光调制器分别实现SFD宽场照明和基于单光子雪崩光电二极管探测器的宽场成像，然后将时间相关单光子计数技术嵌入该成像框架，实现高性价比时间分辨宽场测量。在重建算法方面，研究提出基于内流源的时域-空间频域扩散方程模型，用于准确描述空间频域调制光在浑浊介质中的辐射传输过程，显著提高了模型对近场区域和早期光子传输的模拟精度，克服了传统扩散方程在高散射介质表面附近的建模局限性。此外，为充分利用全时间分辨数据蕴含的完备信息并提升计算效率，研究开发了基于重叠时间门数据类型的TD-SFD-DOT重建算法，实现对吸收系数与约化散射系数的解耦及深度分辨重建。最后，研究通过系统性的琼脂仿体实验验证了所发展的系统和重建方法的有效性。仿体实验结果表明，该方法能够在浑浊介质表面下3~4mm深度范围内实现对目标吸收系数和约化散射系数的三维定量重建，为组织光学层析成像提供了新的技术方案。

来源：2025年第7期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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