基于时空复用的红外单像素高光谱成像技术及其在生物医学检测中的应用

《Laser & Photonics Reviews》：Infrared Single-Pixel Hyperspectral Imaging Via Spatial-Temporal Multiplexing

本研究针对传统近红外高光谱成像依赖昂贵焦平面阵列、存在数据冗余和采集效率低的问题，开发了一种基于频谱-时间映射和空间编码压缩测量的单像素高光谱成像系统。该系统通过单模通信光纤实现色散延时，结合可编程空间光调制器进行结构化空间编码，利用单个InGaAs光电探测器成功重建64×64空间分辨率、50个光谱波段（1550-1600 nm）的高光谱数据立方体，并在亚奈奎斯特采样下实现12Hz刷新率的动态液体注射实时监测，为生物医学诊断和材料表征提供了新方案。

　　

近红外（NIR）高光谱成像技术能够揭示物质的形态与化学信息，但传统光谱成像仪通常依赖昂贵的焦平面阵列，存在数据冗余和空间-光谱数据采集效率低下的问题。本研究设计并实现了一种基于高保真频谱-时间映射和高精度空间编码压缩测量的单像素近红外高光谱成像系统。该系统利用单模通信光纤实现时间色散，通过可编程空间光调制器加载结构化空间图案，所有信号均由单个铟镓砷（InGaAs）光电探测器采集。通过将时间拉伸波形与空间编码进行关联，成功重建了空间分辨率达64×64像素、覆盖1550–1600纳米范围内50个光谱波段的高光谱数据立方体。此外，在亚奈奎斯特采样条件下，系统以12赫兹的数据立方体刷新率实现了对动态液体注射过程的实时监测。该架构具有单像素简化的优势、高光通量特性和高效数据采集能力，为生物医学诊断和材料表征领域的近红外光谱成像开辟了新途径。作者声明无利益冲突。