导读:本文包含了光子计数成像技术论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:赝热光,关联成像,光子计数,噪声抑制
光子计数成像技术论文文献综述
施晓辉[1]（2018）在《光子计数条件下关联成像技术研究》一文中研究指出关联成像是利用光场的高阶关联计算进行目标图像重构一种崭新的成像技术。由于其成像方式具有非局域性、高分辨率以及抗干扰特性,从关联成像方案的提出开始一直受到人们极大的关注。当成像系统中光源光强较大时,关联成像系统可以不用细致考虑探测模型,可以用没有分辨能力的桶(点)探测器收集信号光光强,不需要考虑探测极限以及外界环境噪声的影响。当光源的光强弱到一定程度时,特别是在生物医学上的应用中,采用的强度关联成像方案中将必须考虑信号光的探测模型,此时外界环境噪声以及探测器暗噪声的影响是不可忽略的。基于光子计数策略来分析光子数目较少情况下的关联成像系统的性能,定量地分析其中的影响因素并提出改进的关联算法,对光子计数情况下关联成像计数在生物医学、遥感探测等众多领域的应用和发展具有很大的实际意义。本文详细研究了光子计数情况下关联成像系统的相关问题,获得如下主要成果:第一,基于经典光学理论研究了赝热光关联成像系统的成像机制以及影响因素,获得了赝热光关联成像系统的光学传输特性及规律。首先,根据桶探测器和点探测器的不同表现形式对经典的无透镜关联成像系统进行理论分析,得到了不同的光学系统传输函数。在满足双光路物像的成像距离时,即参考光探测器到光源的距离与物体平面到光源的距离相等。无论是桶探测器还是点探测器,通过关联计算重构待测目标的图像。在满足双光路傅里叶变换像成像距离要求时,即参考光探测器与光源间的距离与信号光探测器距离相同。基于桶探测计算得到的结果是放大的模糊的物像;然而通过点探测器计算得到的结果是物体的傅里叶变换像。其次,利用分步傅里叶算法模拟分析关联成像系统中的光学传输部分,并验证了光源尺寸、传输距离对关联成像的影响。研究结果表明,对于桶探测方案,在保证两个探测器相对于光源处于同一个距离的前提下,随着物体从信号光探测器向光源方向移动,目标的物像会逐渐变大且变模糊;对于点探测器方案,物像逐渐会变化为傅里叶变换像。在增大物体的横向尺寸时,傅里叶变换像更难获得,这与衍射理论是匹配的。第二,提出一种基于非负最小二乘的关联成像方法和极限量化关联计算方案,研究发现可以使用较少的样本数目和计算时间获得更高质量的成像结果。首先,研究了几种典型的关联成像的计算方法,即传统二阶关联成像算法、差分关联成像算法、压缩感知关联成像算法以及伪逆关联成像算法。其次,针对于计算关联成像方案,通过实验结果验证了算法的正确性和分析成像质量以及算法的时间消耗。根据成像质量和样本次数要求以及算法时间消耗提出一种基于非负最小二乘的关联成像算法。研究结果表明,非负最小二乘关联成像算法在数值计算中表现优异,相对于压缩感知以及伪逆关联成像算法需要的样本次数是最少的,成像质量也是最好的。最后,从模拟和实验结果中得到信号光数据服从高斯分布这一特性,并根据信号光数据的分布特性提出极限量化的关联成像方案。关联成像计算方法描述的是参考光与信号光强度涨落间的关联计算,因此信号光数据中涨落较大的测量样本对于成像结果有更大的贡献;而信号光数据中涨落较小的测量样本对于成像结果基本没影响,反而是增加了计算量。极限量化关联成像方案描述的是将信号光数据进行量化处理,再将量化后的数据与参考光进行关联,仍然能重构出目标物体高质量图像。另外,将极限量化关联成像与对应成像方案进行了对比分析,本文提出的极限量化的关联成像方案可用于压缩信号光数据存储或传输。第叁,建立了光子计数条件下关联成像系统模型,研究了光子计数条件下探测器噪声对关联成像的影响,模拟和实验结果均表明可以通过提高信号光与噪声的比值来提高关联成像质量。基于现阶段计算关联成像方案的应用潜力,只分析了当信号光光强较低时的成像机制。当信号光光强较弱的情况下,信号光探测器使用电荷耦合器件图像传感器(Charge Coupled Device,CCD)作为桶探测器已经不再适用了,因此选用灵敏度更高的光子计数模块充当信号光的收集器件。当信号光强度很弱时,随机分布的探测器本底噪声的引入会增加成像结果的背景,甚至得不到目标的图像。通过研究表明,信号光平均光强与探测器平均噪声强度的比值对关联成像结果具有重要的影响。随着信号光平均强度与探测器平均噪声强度比值的增大,成像结果的信噪比和可见度都相应的得到提高,实验结果很好的匹配了理论分析和数值模拟结果。第四,由于探测器噪声会降低光子计数条件下关联成像的质量,本文提出两种噪声抑制方案:基于信号光数据的分布特性,提出光强涨落选择关联成像方案,研究表明此方法可以减少计算时间并提高成像效率;基于噪声的分布特性,提出改进的压缩感知算法,研究发现此方法可以抑制噪声对关联成像的影响。首先,基于信号光数据的高斯分布特性,在光子计数关联成像系统中,提出一种光强涨落选择关联成像方案,在不降低成像质量的前提下,降低测量样本数目。其次,基于随机探测器噪声数据也服从高斯分布的特性,提出了一种改进的压缩感知关联成像算法,用于抑制和消除噪声对成像质量的影响。实验已经证明光子计数条件下的关联成像会受到探测器噪声带来的负面影响。因此,抑制噪声并提高成像质量是光子计数关联成像方案的首要任务。通过适当的选择算法中的阈值,可以很大程度上降低噪声的影响,并提高成像质量。另外,此方法也适用于不同稀疏度的目标物体以及灰度物体的成像。(本文来源于《湖南大学》期刊2018-04-17）
冯振超[2]（2018）在《快速扫描光子计数激光雷达成像关键技术研究》一文中研究指出光子计数激光雷达传统的成像方法以固定的长积分时间对目标场景逐点扫描采样,通过获得105～106个光子的飞行时间信息累积生成光子计数统计直方图,再通过分析直方图获得目标场景的深度和强度信息。传统的成像方法需要较长的成像时间限制了光子计数激光雷达在快速主动成像场合下的应用。另一方面,光子计数激光雷达使用工作在盖革模式的雪崩光电二极管作为单光子探测器。由于盖革模式的雪崩光电二极管具有超高的灵敏度,对激光回波信号和背景噪声都是无差别的响应输出数字信号,再加上传统的成像方法对信号和噪声采取相同的处理策略,光子计数激光雷达在背景噪声比较强的环境下容易出现虚警率过高的问题。为了能够快速准确地获得目标场景的叁维图像,本文深入地研究了时间相关光子计数激光测距和叁维成像激光雷达的基本原理,分析了单光子探测器的原理和响应模型。在上述理论基础上,针对光子计数激光雷达传统成像方法采用固定积分时间带来的成像时间过长问题,提出了能够根据目标场景不同区域反射的激光回波的不同特性改变积分时间的自适应成像算法。同时,为了解决光子计数激光雷达传统成像方法在强背景噪声环境下受背景噪声影响严重的问题,基于激光回波信号光子之间的时域相关性,提出了深度成像快速去噪算法,通过在强背景噪声的环境下分辨信号和噪声,实现了快速、准确地估计目标场景的叁维图像。基于时间相关光子计数激光测距的基本原理,提出了一种光子计数激光测距的实现方案,搭建了光子计数激光测距样机,实现了在白天日光下8.4公里远的测距。(本文来源于《南京理工大学》期刊2018-03-01）
戚佳佳[3]（2018）在《光子计数集成成像叁维重构技术研究》一文中研究指出光子计数集成成像系统通过在多个视角下采集场景的二维光子计数图像,可以实现光子数极少环境下叁维目标的被动式重构,从而广泛运用于军事国防、国民经济等领域。传统的光子计数集成成像叁维重构算法选择在贝叶斯框架下采用伽马分布作为先验分布进行贝叶斯后验概率估计,或者将重构问题转化为求逆问题,在迭代式中引入正则化因子进行重构。这些方法严重依赖于先验分布的选择而且存在参数调节的不确定性,从而导致传统算法的重构性能不稳定且对场景的自适应性不强。为了弥补上述不足,本文从统计学角度出发,充分利用光子计数集成成像系统的冗余采样特性,提出了光子计数集成成像叁维重构的新的思路和方法。首先,在提出的基于贝叶斯自适应估计的光子计数集成成像重构算法中,引入局部自适应均值因子来进行贝叶斯后验概率的估计;对比传统贝叶斯的实验重构结果,提出算法能够重构出灰度变化更加丰富、峰值信噪比更高的叁维深度切片图像,极大地改善了重构结果。其次,在提出的基于复合光子计数模型的光子计数集成成像重构算法中,巧妙地运用了泊松分布的可加性,将基于像素位置的自适应信息纳入极大似然估计器的求解中,并结合基于方差稳定化变换的叁维块匹配滤波算法,最终实现了低光子数环境下更高质量的叁维深度切片图像重构。针对以上提出的两种算法,通过理论与实验分析了环境光子数以及邻域范围对算法重构性能的影响,本文提出的两种算法都适用于低光子数场景的重构,而邻域范围的有效扩展将有助于重构图像质量的进一步提升。最后,通过电子倍增CCD相机在微光环境下实际采集微光集成图像,分别基于高斯探测模型以及泊松探测模型进行集成成像叁维重构的算法推导以及对比性实验,验证了提出的贝叶斯自适应算法对微光场景重构质量的提高作用。(本文来源于《南京理工大学》期刊2018-03-01）
管绍林[4]（2018）在《基于光子计数探测器的多能X线CT成像技术及应用研究》一文中研究指出X线计算机断层扫描成像(Computed Tomography,CT)技术利用X线对被检目标进行扫描,结合图像重建算法,重建被检目标内部的断层图像,在疾病诊断和治疗中起着不可替代的重要作用。随着探测器技术的飞速发展,诞生了一种基于光子计数探测器的多能X线CT成像技术,它以分能量段的方式收集透射被检目标后X线携带物质丰富的衰减信息,并利用这些衰减信息对被检目标进行CT成像,不仅可以清晰的显示被检目标内部结构,还能够提供传统X线CT所没有的物质属性识别能力。目前,基于光子计数探测器的多能X线CT成像已成为CT成像领域的研究热点之一。为了提高光子计数X线CT图像质量,本文首先利用滤波反投影(Filtered Back-Projection,FBP)算法对投影加权成像和图像加权成像方法进行了深入研究。这两种加权成像方法充分利用光子计数探测器内各能量段收集到的X线衰减信息构造权值,将权值赋予每个能量段并进行组合获得全能谱图像;基于这两种加权成像方法,研究了能量段数目对全能谱图像质量的影响。进一步地,在图像加权成像方法中,由于对透射光子分能量段进行收集,致使各能量段内收集的光子数相比于传统积分方式下收集的光子数减少,投影数据信噪比降低,FBP重建的各能量段图像噪声较大,全能谱图像质量下降,针对上述问题,本文提出基于最大后验概率(Maximum a posteriori,MAP)的多能X线CT统计重建算法,并对算法的重建性能进行了分析和评价。此外,针对K吸收边成像,分析了能量段宽度对K吸收边图像质量的影响。在投影加权成像和K吸收边成像应用方面,提出将投影加权成像方法应用于基于光子计数探测器的乳腺CT时间减影成像,以及将K吸收边成像方法应用于基于光子计数探测器的双能乳腺CT减影成像,并对上述两类减影图像的质量进行了分析和评价。仿真实验结果表明,相比于传统的能量积分方法,投影加权成像和图像加权成像方法获得的全能谱图像对比噪声比(Contrast-to-noise ratio,CNR)均得到有效提高,钙和碘图像的CNR随着能量分段数的增加而增大;与投影加权成像方法相比,图像加权成像方法重建全能谱图像的CNR更高。相比于采用FBP算法的图像加权成像方法,采用MAP统计重建算法的图像加权成像获得的全能谱图像CNR显着提高。此外,K吸收边成像技术可以提高对比材料图像的CNR,合理选择能量段宽度,可使K吸收边图像的CNR最大。基于光子计数探测器的乳腺CT减影图像可消除正常组织信号的干扰,凸显出对比材料。相比于传统能量积分方法获得的减影图像,在基于光子计数探测器的乳腺CT时间减影成像中,利用投影加权成像方法获得的减影图像CNR得到有效提高;在基于光子计数探测器的双能乳腺CT减影成像中,合理设置高、低能量段,可使减影图像的CNR最大。(本文来源于《南京航空航天大学》期刊2018-03-01）
段雪洁[5]（2017）在《基于时间相关单光子计数的成像技术》一文中研究指出时间相关单光子计数技术是一种微弱光的探测技术,并不是像模拟记录方式以输出的电压大小来反映光强,而是以记录光子的个数来衡量光强。该技术具有光子级别的探测精度和皮秒量级的时间分辨率,这项技术广泛应用于激光雷达、生物光子成像等领域,因此基于时间相关单光子计数的激光成像技术的研究具有实用意义。本文介绍了时间相关单光子计数技术、激光成像技术的背景、应用和发展,之后对这两种技术的原理以及传统成像系统的性能做了简要分析。在此基础上,研究了基于时间相关单光子计数的成像系统以及系统性能。该成像系统的最大工作距离取决于出射光强、传输介质损耗和接收孔径的大小,其中最主要的影响因素为出射光强;成像的纵向分辨精度只取决于整个系统的时间抖动,系统的时间抖动主要由脉冲宽度、探测器时间抖动和电路控制时间的抖动组成部分。根据接收系统和发射系统的结构,设计并且搭建了收发共路和收发不共路两种成像系统,同时理论分析了这两种系统的特点:收发不共路系统结构简单,接收视场大,收集光子的能力强,但是信噪比比较低;收发共路系统的结构复杂,光路内部存在一个内部反射,需要另加一个延时器来消除该影响,收集光子能力弱,但是信噪比高,可以在光照环境下有效成像。本文采用成像系统进行了测距和成像实验。测距实验中对物体分辨精度的测试,表明分辨精度250ps,即为加上电路控制时间抖动之后整个系统的实际分辨精度。对68 m处的目标进行40次测距,得到的测距结果的精度为毫米量级;成像实验通过定量分析实验反射率图像的峰值信噪比和距离图像的平均绝对误差,发现这收发不共路和收发共路系统都是累积光子进行成像,并且光子数的累积以长时间的扫描为代价。两种系统成像对比的结果表明:收发共路系统更具有实际应用性。针对收发共路系统扫描时间长的缺点,提出了一种新的成像系统——首光子成像系统,该系统只需要记录每个像素点上接收到第一个光子之前发射的脉冲数目,以及接收的光子的飞行时间即可得到目标成像。为了提高成像的质量,对于传统成像系统(收发不共路、收发共路成像系统)和首光子成像系统,分析了成像噪声,采用中值滤波算法和稀疏泊松分布重构算法处理图像,图像质量的定量分析表明:采用中值滤波算法,首光子系统的图像质量高于传统成像系统的图像质量;对于首光子系统的图像处理,稀疏泊松分布重构算法比中值滤波算法更有效。(本文来源于《西安电子科技大学》期刊2017-05-01）
李召辉[6]（2017）在《多光束光子计数激光成像技术研究》一文中研究指出激光雷达是一种主动遥感技术,利用激光照亮目标,并探测激光回波信号,从而获得目标的距离等信息。由于激光雷达具有高精度、小型化、低功耗等优势,在地形地貌测量、植被探测、大气物理研究等领域发挥着重要作用。突破激光雷达的工作距离限制,以及提高系统探测速率,是当前该方向的两个研究重点。单光子探测技术结合时间相关单光子计数技术(TCSPC)能够将回波信号探测灵敏度提高至量子极限,大幅提升了激光雷达的工作距离和性能。另一方面,多光束体制能够实现大幅宽快速扫描探测,是提高激光雷达探测速率的重要方法。本文结合以上两种技术,发展出多光束光子计数激光成像雷达,实现了远距离快速激光扫描成像。本论文围绕光子计数激光测距和成像开展关键技术研究:1)大规模高性能多通道单光子探测器;2)多光束产生和接收技术;3)多通道高精度飞行时间测量技术。其中,基于盖革模式硅雪崩光电二极管(Si APD),发展基于FPGA的多通道主动抑制技术和多通道光纤耦合技术,实现100通道单光子探测器。该探测器体积小、功耗低,平均探测效率大于30%@532nm,暗计数小于3kcps,是当前规模最多的分立器件组成的多通道单光子探测系统之一;基于衍射光学元件(DOE)和光纤阵列,实现了 100光束激光产生与接收,解决了大规模多光束高精度收发匹配装调难题,各通道耦合一致性达到90%,光纤通道间串扰小于1%;基于FPGA板卡,实现了 100通道高精度时间数字转换测量(TDC),时间分辨率达到64ps,并且利用FPGA并行运算优势,实现了板上TCSPC,最后将100通道光子飞行时间数据通过USB接口上传至计算机,实现100光束激光扫描成像,实验中,最大叁维成像距离超过2.5km,精度达到26mm,而平均到达探测器的回波光信号仅为0.0065/脉冲。另外,针对单光子探测器在激光叁维成像和测距的实际应用中受到背景光干扰和测量模糊距离等问题,本文开展了啁啾脉冲调制激光测距技术和日盲紫外激光成像技术的研究。其中,基于正弦门低通滤波探测技术,实现InGaAs/InPAPD,1.5GHz高速单光子探测器,将死时间降低至6.4ns,从而实现200MHz调制带宽的啁啾脉冲调制激光测距,解决了"距离模糊"问题;基于Si APD单光子探测器和266nm脉冲激光,利用地表日盲紫外波段太阳光辐射几乎为零的条件,克服了背景光干扰,实现了日光下百米量程、厘米级精度的日盲紫外激光叁维成像。本论文的主要研究内容和创新点如下:1.基于FPGA实现了 100通道Si APD单光子探测器,结合多光束收发装置和基于TCSPC技术的多通道数据采集系统,完成了 100光束光子计数激光成像系统的搭建和测试。1)通过改进APD的制冷和光纤耦合工艺,采用光纤耦合的APD阵列,结合FPGA逻辑处理电路,实现了 100通道单光子探测器的研制。探测器包括雪崩信号提取模块、主动抑制模块、电源模块和温控模块。100通道单光子探测器在532nm的平均探测效率为36.8%,暗噪声计数小于3 × 103cps,时间抖动约为800ps,并且各个探测通道之间不存在信号串扰。2)在激光发射端,利用DOE对激光器出射的激光信号进行分束,产生100光束的一维光束阵列。在回波接收端,接收镜接收到的回波光信号,直接耦合进入1×100的光纤阵列中,实现了激光信号的高精度收发。3)基于100通道Si APD单光子探测器,并结合100通道TCSPC数据采集模块以及二维扫描平台,完成了 100光束光子计数激光成像。系统单次可以采集较大幅宽,通过扫描的方法,可以快速获得目标表面距离信息的密集点云,提高了成像系统的工作效率。最终,实现了公里级探测量程,厘米级距离测量精度的激光叁维成像。2.发展正弦门低通滤波InGaAs/InPAPD单光子探测技术,实现了 1.5GHz门控高速单光子探测器,并将其应用于啁啾脉冲调制激光测距系统中。1)正弦门低通滤波方案,通过高速正弦门来实现对APD雪崩状态的快速抑制和恢复,并根据门信号引起的尖峰噪声信号和雪崩信号在频域上的差异,借助于合适的低通滤波器,即可从尖峰噪声信号中提取出有效的雪崩信号。基于该方案,我们实现了 1.5GHz正弦门控的InGaAs/InPAPD的单光子探测器,其有效探测门宽约为200Ps,死时间约为6.4ns,可以完成"准连续"工作的高速单光子探测。2)啁啾脉冲调制激光测距系统中,啁啾脉冲调制信号的调制带宽决定了系统的测距精度。通过减小单光子探测器的死时间的方法可以提高调制带宽,进而改善系统的测距精度。基于1.5GHz正弦门控的InGaAs/InPAPD的单光子探测器,啁啾脉冲调制信号的调制带宽可以达到200MHz以上,同时保持30dB的频谱信噪比,系统的测距精度优于0.12m。3.完成了实用小型化Si APD单光子探测器研制,并将其应用于266nm激光成像,结合时间相关单光子计数器(TCSPC),实现了日光下的日盲紫外激光成像。单光子探测器在266nm波段的探测效率约为3%。由于大气层的强烈吸收作用,在地面上几乎不存在日盲紫外波段的太阳辐射,系统可以在日光下正常工作,实现了全天时的激光叁维成像。(本文来源于《华东师范大学》期刊2017-04-09）
李睿哲,李亮,陈志强[7]（2016）在《基于光子计数探测器的能谱CT成像技术研究》一文中研究指出尽管基于能量积分型探测器(energy integration detectors,EIDs)的传统CT系统已经在各领域有了广泛的应用,但由于EID的一些问题和缺点,传统CT系统在软组织重建对比度、定量成像、低剂量成像等方面存在不足和提高的空间。而解决这些问题的途径之一,便是使用光子计数探测器(photon-counting detectors,PCDs)。得益于电子学的发展,让探测器区分入射光子能量成为了可能,使能谱CT系统相对传统CT具有了诸多优势。(本文来源于《2016年全国射线数字成像与CT新技术研讨会论文集》期刊2016-09-20）
尹丽菊[8]（2011）在《基于GM-APD的光子计数成像技术研究》一文中研究指出为了在更低照度下,微光成像系统能够获取反映目标特征的高质量图像,主要要求实现光电转换和倍增的光电器件具有更高的探测灵敏度和更高的信噪比。为此,各种类型的光电器件层出不穷。工作在盖革模式下的雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode in Geiger Mode, GM-APD)以其单光子探测能力、高信噪比、全固态结构、快速响应、低磁场敏感度、低功耗和独特的脉冲式输出等特点,成为微光探测领域研究的热点。本文围绕GM-APD的特性和它在光子计数成像中的应用展开研究,从理论上分析了GM-APD的电气特性和光学特性,建立了GM-APD的等效电路和探测电路模型并对模型进行电气特性的仿真研究。计算了夜天光环境下不同材料的GM-APD产生的光电子分布。基于统计光学理论和蒙特卡洛方法建立了GM-APD成像仿真模型。以理论研究和仿真模型为依据,设计并建立了GM-APD光子计数成像实验平台,实现了微光环境下目标的成像探测,得到了质量良好的光子计数图像。同时,借助平台进行了大量的实验,实验结果验证了论文中理论分析和仿真模型的正确性。GM-APD独具的优良性能与构成器件的材料和结构密不可分,半导体材料的受光激发导致共价键断裂机制、雪崩倍增机制和GM-APD具有浅结工艺的全固态结构,为GM-APD的电气和光学特性奠定了基础。微光环境下,以光的量子本性和GM-APD的工作过程,建立了GM-APD的等效电路模型和由其构成的探测电路仿真模型。通过改变模型中入射光强度和频率、反向偏置电压、负载电阻和分布电容的设置,分析了电路中输出电流、输出电压和死时间的变化情况。提高入射光强度和频率, GM-APD的输出电流也随之增大。反向偏置电压越大,产生相同倍增电流输出所需要的时间越短,雪崩倍增的强度也越大。分布电容、负载电阻越大,输出的雪崩信号也越大,雪崩信号脉冲宽度加宽。但是分布电容、负载电阻的提高,将会导致死时间的延长,从而降低GM-APD探测电路捕获光子的数量。本文研究了满月光、浓云满月光、晴朗星光和浓云无月光环境下夜天光辐射的光子数分布,得到了单位面积单位时间内夜天光单色辐射光子数范围为2.53×1012至6.96×1015。不同天气条件下,夜天光总的辐射光子数变化范围从3.76×1015到5.75×1016。根据GM-APD的像元面积、量子效率,计算了Si GM-APD和InGaAs GM-APD在单位时间内接收的夜天光辐射光子经光电转换后产生光电子数的分布。Si GM-APD能充分利用月光下的辐射光子。器件在满月光、浓云满月光、晴朗星光和浓云无月光环境下产生的总的光电子数分别为1016338、254084、17303和3460。InGaAs GM-APD在四种天气条件下对0.8μm-1.7μm波段的辐射光子都有较强响应,产生的总的光电子数分别为602325、150581、362302和72460；Si GM-APD在该波段产生的光电子数分别为80584、20146、5556、1111。GM-APD单光子计数器工作于门控方式,根据统计光学理论,确定GM-APD单光子计数器输出的光子计数值为离散型随机变量。光子计数平均值与探测点处的入射光强、探测时间、探测器光敏面的面积和量子效率成正比,与入射光的频率和普朗克常数成反比,光子计数平均值可以反映入射光场特性。采用蒙特卡洛方法建立成像仿真模型,通过仿真获得了光子计数图像,分析了时间、光照强度和器件量子效率对成像结果的影响。仿真结果为基于GM-APD的光子计数成像系统的搭建打下了理论基础。在理论分析和仿真研究的基础上,设计并建立了基于GM-APD的光子计数成像实验平台。利用平台进行了GM-APD光子计数值与光照关系标定和分辨率测试。测试数据显示在不同光照环境下光子计数值与照度呈分段线性关系,平台最小分辨角为2.0608°。在2.3×10-5lx照度下,对目标进行成像探测,得到了质量良好的光子计数图像。研究了实验平台参数设置的变化对光子计数图像的影响,对绿色植物、枯草和混凝土在夜天光光谱范围和单色光谱进行成像研究。实验结果证明,基于GM-APD的光子计数成像探测方案切实可行,它为微光成像探测领域提供了一种提高成像系统探测灵敏度和信噪比的有效方法。(本文来源于《南京理工大学》期刊2011-09-01）
盛翠霞,李田泽[9]（2010）在《基于时间相关单光子计数的荧光寿命成像技术》一文中研究指出采用时域法中的时间相关单光子计数方法记录荧光寿命,时间相关单光子计数采用多波长通道同时记录荧光光子数,可以提高计数效率和信息量,还可以在稳态图像中分离不同荧光团,形成4维图像。并采用多光子激发技术,利用长波长光源发出的两个或多个光子可以激发出一个短波长的光子。多个光子必须几乎同时到达激发点,才能提供被激发分子足够的能量以产生荧光。多光子激发波长较长,生物组织对其散射减小,因而可以穿透到更深层的组织,从而提高荧光成像深度和空间分辨力,并减少对活体样品的损伤。(本文来源于《强激光与粒子束》期刊2010年08期）
寇松峰[10]（2009）在《APD光子计数成像技术研究》一文中研究指出工作在盖革模式下的雪崩型光电二极管(APD)和二极管阵列(APD array)具备单光子探测能力,在天文观测、生物波导探测、通信、粒子物理学等领域具有广泛的应用前景,是各发达国家光电子学重点研究的课题之一。本文从光子统计特性和APD的瞬态响应特性入手,对APD器件光电响应原理及其固有缺陷产生机理进行了理论分析和实验研究,提出了一种新的基于盖革模式APD器件的微弱光成像方法。本文研究的内容既涉及到基本的物理问题,也涉及到未来的应用。在微弱光成像中,微弱的光信号更多地呈现出粒子特征,并伴随着随机的通量涨落,这种粒子性和随机性给成像系统带来的是与图像信息相关的离散信号,很难使用经典的图像噪声理论和方法进行处理。为了减小微弱光的粒子性对成像质量的影响,通常采用延长积分时间的方法对较宽时间范围内的微弱光信号进行能量积分,以抵消光子通量涨落和“群聚效应”造成的影响,这种能量平均的方法一方面需要对成像器件进行特殊处理以减小器件自身的暗电流和热噪声,另一方面则降低了成像频率。采用光子计数得到入射光的光子计数值,通过已知概率分布的反演方法快速准确地得到入射光的统计特性,成为克服微弱光探测难题的一个研究热点和难点。光子计数反演方法能否准确反映目标光场的强度分布则成为光子计数成像的一个核心科学问题。本文从半经典统计光学出发,建立了粗糙表面的单光子反射模型,采用蒙特卡罗仿真与物理实验相结合的方法对粗糙表面单光子反射特性进行了深入研究,得到了微弱光子信号经粗糙表面反射后的统计分布,证明了基于APD的光子计数反演方法能够准确反映目标光场的强度分布,为光子计数反演方法在APD光子计数成像中的应用奠定了理论基础。在单光子计数系统中,APD的时间响应特性和频率响应特性是很重要的。现有的APD响应模型多以载流子稳态平衡方程为基础,对单光子量级的瞬态入射信号响应精度较差。为了更加准确地描述单光子量级的瞬态信号入射状态下APD的响应特性,本文立足于单个载流子在耗尽层漂移和倍增区碰撞电离过程,将倍增区划分为厚度Δx→0的倍增区域,针对单个倍增区域建立时间-载流子浓度方程,通过时域积分方法建立了四层拉通型APD的时间响应模型,并对时间响应特性方程进行傅立叶变换得到APD的频率响应特性。数值仿真与实验结果的比较显示：在盖革模式下,APD的增益快速提高,光电流持续时间增加,导致APD的响应频率降低。采用门控技术和主动抑制技术可以在雪崩电流产生瞬间将APD的偏置电压降低到雪崩电压以下,抑制雪崩的继续,从而达到缩短光电流的持续时间、提高器件的响应频率的目的,满足微弱光照条件下光子计数成像的需要。采用APD进行光子计数成像时,受到器件恢复时间的限制,只能以门控工作方式对入射光子进行采样,这样就把有效时间分成了一组离散的时间间隔。显然,这样测量得到的信息要比光子本身出现时刻所载的信息量少,需要对接收到的光子事件进行统计特性的恢复和修正。为了尽量准确地对入射光场进行反演,我们建立了基于泊松点过程的光子事件模型和APD光子计数反演模型,通过蒙特卡罗仿真得到了所给标准图像的光子计数反演结果,对不同参数条件下的光子计数成像结果进行了比较,深入分析了非均匀性、暗计数等器件固有缺陷对成像质量的影响,给出了现有器件技术水平下APD光子计数成像的极限条件。构建了以硅APD单光子计数器为探测核心的实验平台,完成了相关的硬件和软件开发,实现了单元扫描方式的APD光子计数成像。在实验平台上进行了大量的实验测试,分析了成像模型仿真结果与实验结果之间的共同点以及两者产生差异的原因,对建立的光子计数成像模型进行了分析和评估,提出了进一步的改进措施。进行了APD光子计数成像与EMCCD微光成像的对比实验,对两者在不同光照度条件下的灰度响应、竖条纹分辨能力进行了比较,并对两者的灰度图像进行了质量评价。实验数据的统计分析和数学模型的仿真评估结果都表明,与现有的光电成像技术相比较,基于APD的光子计数成像技术在探测灵敏度上具有一定的优势。文章最后结合本文研究的不足之处,给出了今后研究的方向和APD光子计数成像技术研究展望。(本文来源于《南京理工大学》期刊2009-12-01）
光子计数成像技术论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
光子计数激光雷达传统的成像方法以固定的长积分时间对目标场景逐点扫描采样,通过获得105～106个光子的飞行时间信息累积生成光子计数统计直方图,再通过分析直方图获得目标场景的深度和强度信息。传统的成像方法需要较长的成像时间限制了光子计数激光雷达在快速主动成像场合下的应用。另一方面,光子计数激光雷达使用工作在盖革模式的雪崩光电二极管作为单光子探测器。由于盖革模式的雪崩光电二极管具有超高的灵敏度,对激光回波信号和背景噪声都是无差别的响应输出数字信号,再加上传统的成像方法对信号和噪声采取相同的处理策略,光子计数激光雷达在背景噪声比较强的环境下容易出现虚警率过高的问题。为了能够快速准确地获得目标场景的叁维图像,本文深入地研究了时间相关光子计数激光测距和叁维成像激光雷达的基本原理,分析了单光子探测器的原理和响应模型。在上述理论基础上,针对光子计数激光雷达传统成像方法采用固定积分时间带来的成像时间过长问题,提出了能够根据目标场景不同区域反射的激光回波的不同特性改变积分时间的自适应成像算法。同时,为了解决光子计数激光雷达传统成像方法在强背景噪声环境下受背景噪声影响严重的问题,基于激光回波信号光子之间的时域相关性,提出了深度成像快速去噪算法,通过在强背景噪声的环境下分辨信号和噪声,实现了快速、准确地估计目标场景的叁维图像。基于时间相关光子计数激光测距的基本原理,提出了一种光子计数激光测距的实现方案,搭建了光子计数激光测距样机,实现了在白天日光下8.4公里远的测距。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
光子计数成像技术论文参考文献
[1].施晓辉.光子计数条件下关联成像技术研究[D].湖南大学.2018
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[3].戚佳佳.光子计数集成成像叁维重构技术研究[D].南京理工大学.2018
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