空间频域成像(Spatial Frequency Domain Imaging，SFDI)采用光的空间调制技术，将具有特定空间频率的宽场正弦调制光投射于生物组织体表面，利用面阵探测器或其他成像技术获取组织体的调制漫反射图像，并结合空间频域解调算法和光子输运模型从调制漫反射图像中重构出组织体的光学参数。近年来，由于SFDI具有成像面积大、非接触测量以及特异性强等优点，得到了快速的发展和广泛的关注。传统的SFDI系统一般利用面阵探测器采集组织体表面调制漫反射图像，具有一定的局限性和不足。首先，对于多波长光源激励下的测量只能通过时间上串行的方法实现，即各波长间切换测量，故导致测量的实时性难以保证。其次，面阵探测器的价格较为昂贵不利于推广。另外，若采用普通科学相机作为探测器需增加入射光源的功率，但从生物安全的角度来看，高功率的光源具有生物危害性。本文基于锁相光子计数技术，并结合单像素成像方法发展了一套能够实现多波长并行测量的SFDI系统，在提高检测灵敏度的同时降低了系统成本。
　　本文发展的SFDI系统采用基于时间调制光编码的锁相光子计数技术和基于二维离散余弦变换的高灵敏度单像素成像相结合的结构。在系统照射端，三个不同波长(450nm，520nm，650nm)的光源分别被三种不同时间频率(3，7，11kHz)的方波信号调制，利用同轴光纤将其耦合成一束送入到投射用的数字微镜器(Digital Micromirror Device，DMD)中，并由计算机控制产生特定空间频率的宽场正弦调制光于组织体表面。在探测端，采集用的DMD由计算机控制产生二维离散余弦变换矩阵序列对组织体表面的光流量进行空间压缩并输送至光电倍增管(Photomultiplier Tube，PMT)，PMT输出的各波长混合电脉冲信号经锁相光子计数模块进行解锁相，实现各波长下光流量的分离。在得到各波长光流量信息后，利用基于二维离散余弦变换的单像素成像方法恢复出不同波长下的调制漫反射图像，随后对调制漫反射图像进行空间频域解调进而重构出组织体表面的光学参数分布。
　　为验证系统的性能，本文设计并进行了系统性能评估和成像实验研究。性能评估实验证明了系统能够实现多波长光源激励下各波长调制漫反射图像的获取，并证明了系统具有良好的稳定性和可忽略的串扰。成像实验表明系统对于异质目标体具有较好的分辨和定位能力。