单片FPGA实现的ns级超分辨率3D成像时间编码方法

本文介绍了一种针对实时三维超分辨率距离门控成像（3D Super-Resolution Gated Imaging, 3DSRGI）的ns标度时间编码方法。实时3D成像是光通信和生物医学领域的重要技术，它能够在保持图像细节的同时，通过时间门控技术减少背景噪声，提高成像质量。传统的超分辨率成像通常依赖于高精度的时间同步和脉冲宽度控制，这对于实时操作和系统成本是挑战。 本文的主要创新在于提出了一种新的时间编码方案，即采用ABAB同步时间控制策略，其目标是在不依赖于高时钟频率的前提下实现延迟和脉宽的高精度控制。这种方法通过引入相位移技术，实现了在单个现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array, FPGA）上进行的ns级延迟和宽度精确控制。理论上，作者证明了利用5ns的时钟周期，他们的时间控制单元可以达到1ns级别的延迟和宽度精度。 实验部分展示了这一方法的实际应用，通过一个10Hz视频速率的原型实验，成功地实现了696像素×520像素的3DSRGI。该技术的应用范围包括光学通信系统中的多光子成像、遥感技术中的目标检测以及生物医学成像中的细胞和组织分析，尤其是在需要在较低功耗和成本下实现高分辨率成像的场景中具有显著优势。 文章的关键术语包括“clock cycles”（时钟周期），表明了系统对时间精确性的高要求；“clock frequency”（时钟频率）, 强调了在不提高频率的情况下仍能维持高精度的重要性；“high-precision”（高精度）, 是整个方法的核心目标；“prototype experiment”（原型实验）, 描述了研究的实践验证过程；“range-gated imaging”（距离门控成像）, 是本文主要关注的技术领域；而“super-resolution”（超分辨率）则指明了技术的优势所在。 这篇论文提供了一种创新的时间编码策略，为实时3D超分辨率距离门控成像提供了实用且高效的解决方案，这在提高成像性能的同时，也兼顾了系统成本和功耗的优化。