太原理工大学提出并行波前单像素成像

单像素成像可以用单点探测器获取目标信息，但在波前成像中，分辨率越高，需要加载的调制图案越多，速度就越受限制。太原理工大学研究提出并行波前单像素成像 PWSPI，通过并行共光路干涉探测同时获取目标波前的不同区域，在保持成像质量的同时减少采样时间。

把一个波前分成多个子区域同时测

传统四步相移 WSPI 对  图像需要  个调制图案。PWSPI 的思路是把目标波前划分为多个子区域，各子区域使用相同 Hadamard 图案，并借助不同方向和周期的复用光栅，把各子区域的零频分量在傅里叶面上分离。论文以四个子区域为例，用四路并行干涉探测分别记录子波前，再拼接得到完整振幅和相位。

这一设计的关键不是简单分块，而是避免不同子区域频率分量重叠。仿真表明，如果没有合理设计光栅方向，会出现频率串扰；如果没有合理设计光栅周期，不同子区域会出现重建缺陷。只有同时设计方向和周期后，振幅与相位重建才能避免这些问题。

四路并行带来四倍速度提升

论文在  像素分辨率下开展仿真与实验。仿真中，PWSPI 分别重建四个子波前，再拼接为完整波前；结果与直接波前单像素成像 DWSPI 保持良好一致，同时成像速度提升四倍。实验系统中，研究者使用空间光调制器中心  微镜阵列加载图案，每个成像像素对应  个微镜，实验重建结果同样接近 DWSPI，并呈现四倍速度优势。

生物样品验证

作者进一步用 PWSPI 重建蜻蜓翅的振幅和相位。结果中，翅膜和翅脉可在振幅图中区分，重建相位也反映出翅膜与翅脉厚度差异。基于测得相位，论文还计算了一维梯度、梯度模和拉普拉斯结果，用于呈现类似 DIC 的对比和细节纹理。图中比例尺为 。

研究意义

PWSPI 用并行共光路干涉检测绕开了单纯下采样带来的质量损失问题。论文还指出，目标理论上可进一步划分为 、 或  子区域，对应 9 倍、16 倍或  倍速度提升；同时三步相移、离轴干涉和高速 DMD 也可与该架构结合，为高速波前单像素成像提供了可扩展方案。

参考文献

Zixian Yin, Yuxin Lu, Bochao Hu, Xinlong Liu, Aiping Zhai, and Dong Wang, “Parallel wavefront single-pixel imaging,” Applied Physics Letters 126, 253702 (2025). DOI: https://doi.org/10.1063/5.0274196