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Multi-dimensional spatial-temporal projection ultrafast compressed imaging
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AI
DOI：10.1038/s41377-026-02317-2.png)
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摘要
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研究光合能量转移、蛋白质折叠等不可重复的瞬态现象对于深入理解多个学科至关重要，而单次快照超快压缩成像为揭示超快动态过程提供了有效方法。该技术的原理是将编码后的瞬态现象沿一维空间轴投射到焦平面阵列，并通过压缩感知重构瞬态数据，从而实现THz帧率下的极高成像序列深度。然而，这种依赖一维时空投影（SSP）的成像方法在重构分辨率上存在严重方向性限制，因非投影方向的空域特征被抑制。因此，这一瓶颈严重制约了对复杂瞬态特征的观测，阻碍了技术在保持高序列深度和超高分辩率之间取得平衡。本文提出了一种多维时空投影超快压缩成像技术（MSP），将多角度时空数据投影模块整合至传统SSP系统中。通过计算耦合两系统的投影图像，MSP有效恢复了全向频域信息，显著提升了空域分辨率。静态实验表明，MSP的横向和纵向分辨率均达到813 lp mm⁻¹（620 nm空间分辨率）。利用MSP，我们成功以单次快照在60帧采集下以亚微米全向精度观测了飞秒激光-材料相互作用的瞬态过程。MSP为观测复杂多变瞬态过程提供了新方法，并在推动瞬态现象基础研究中展现出重要潜力。利用多维时空投影的超快压缩成像技术可实现各向同性重构，成功以亚微米分辨率和超高序列深度观测复杂瞬态现象。
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