用于分析快速图像序列的 32x32 自相关器阵列的 FPGA 实现

随着 CMOS 集成技术的发展，新型二维成像探测器近期已投入使用。特别是，单光子雪崩二极管（SPAD）阵列允许以高采集率（$\geq 100$ kfps）检测单光子，这比目前可用的相机大约高两个数量级。在此，我们展示了将 SPAD 阵列用于成像荧光相关光谱（imFCS），这是一种用于绘制活细胞内荧光分子动力学二维图谱的工具。由于荧光团进入和离开观测像素而产生的时间依赖性荧光涨落，通过自相关分析进行评估。multiple-$\tau$ 相关算法是一个合适的选择，因为它不依赖于将完整数据集保存在内存中。因此，该算法可以在定制逻辑中高效实现。我们描述了一种用于大规模并行 multiple-$\tau$ 相关硬件的新实现。我们目前的实现能够以 10$\mu$s 的分辨率实时计算 1024 个相关函数，从而能够将来自高速单光子相机的实时图像流与数千个像素进行相关。