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用于光子计数单像素成像的去块状采样网络

红外与激光工程 2021年第12期50卷 184-193页

作者：熊乙宁鄢秋荣祝志太蔡源鹏杨耀铭南昌大学信息工程学院江西南昌330031

将光子计数技术和单像素成像结合,能实现高灵敏、低成本的光子计数成像,但存在采样时间和重建时间长的问题。基于深度学习的压缩采样和重建网络,将去除偏置和激活函数的全连接层作为测量矩阵,通过从数据中学得高效的测量矩阵和避免传统... 详细信息

将光子计数技术和单像素成像结合,能实现高灵敏、低成本的光子计数成像,但存在采样时间和重建时间长的问题。基于深度学习的压缩采样和重建网络,将去除偏置和激活函数的全连接层作为测量矩阵,通过从数据中学得高效的测量矩阵和避免传统迭代算法带来的巨大计算量,实现了更快、更高质量的图像重建。但利用全连接层进行高分辨图像的分块压缩感知时,重建图像会产生块状效应。针对该问题提出了重叠分块采样网络(Os_et)、嵌套采样网络(Ns_et)、卷积采样网络(Cs_et)等三种方法以取代全连接层采样。在重建网络的设计中,使用线性映射网络对图像进行重建,设计实验结果表明Cs_et的去块状化效果最好。将Cs_et二值化后应用于光子计数单像素成像系统,实验结果表明Cs_et除块状化明显优于传统算法TVAL3,且Cs_et在重建质量上也同样取得了较好的效果。

关键词：分块压缩感知块效应光子计数技术单光子压缩成像深度学习

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全光纤转动拉曼激光雷达光电探测系统设计

光电子．激光 2013年第5期24卷 855-861页

作者：李仕春华灯鑫辛文辉田小雨张爱西安理工大学机械与精密仪器工程学院陕西西安710048

针对全光纤转动拉曼激光雷达系统的极微弱光探测问题,以光电倍增管(PMT)为核心,设计了一款光子计数的光电探测系统。通过阻抗匹配技术对单光子脉冲进行整形以提高单光子脉冲稳定性和甄别计数可靠性,微分法测试脉冲高度分布以优化选择PM... 详细信息

针对全光纤转动拉曼激光雷达系统的极微弱光探测问题,以光电倍增管(PMT)为核心,设计了一款光子计数的光电探测系统。通过阻抗匹配技术对单光子脉冲进行整形以提高单光子脉冲稳定性和甄别计数可靠性,微分法测试脉冲高度分布以优化选择PMT工作高压、甄别阈值电平等工作参数,改善光电探测系统信噪比(SNR);以泊松点过程的脉冲堆积非线性分析模型为基础,搭建可精确改变相对光强的实验测试系统,测试脉冲堆积效应的作用类型和有效死时间并进行合理非线性校正以提高其线性度。实验结果表明,设计的光电探测系统可有效探测光子计数率低于140MHz的微弱光信号且线性度优于1.0%,提出的优化和实验方案对此类光电探测系统具有重要的借鉴意义。

关键词：大气光学全光纤转动拉曼激光雷达光电探测系统光子计数技术

用于单光子压缩成像的抗噪重建网络的设计与训练

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激光与光电子学进展 2022年第4期59卷 250-261页

作者：祝志太鄢秋荣熊乙宁杨晟韬方哲宇南昌大学信息工程学院江西南昌330031

将光子计数技术与单像素成像结合的单光子压缩成像方法具有成本低、灵敏度高的特点,但该方法使用传统压缩重建算法时重建时间长。基于深度学习的压缩重建网络不仅实现了快速重建,而且可获得更好的重建质量。最近用于单像素成像的压缩重... 详细信息

将光子计数技术与单像素成像结合的单光子压缩成像方法具有成本低、灵敏度高的特点,但该方法使用传统压缩重建算法时重建时间长。基于深度学习的压缩重建网络不仅实现了快速重建,而且可获得更好的重建质量。最近用于单像素成像的压缩重建网络主要基于光探测器工作在模拟方式,采用无噪声或带有加性高斯白噪声的系统仿真数据进行训练。对此,建立了单光子压缩成像系统噪声模型,提出了一种用于单光子压缩成像的抗噪声重建网络(RN)训练方法,使用含有泊松噪声的测量值仿真数据对神经网络进行训练,并搭建单光子压缩成像系统进行验证。实验结果表明,RN能明显提高各种已有压缩重建网络的图像重建质量。在此基础上,提出了一种用于单光子压缩成像的抗噪重建网络(RPN-net),该网络采用跨越式连接结构与阶段式训练方法,实验结果表明其重建性能优于现有的压缩重建网络。

关键词：成像系统压缩感知光子计数技术单光子压缩成像深度学习泊松噪声

用于漫射光检测的光子计数锁相检测系统与实验研究

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用于漫射光检测的光子计数锁相检测系统与实验研究

作者：王志朝天津大学

学位级别：硕士

稳态扩散光学成像（Continuous Wave Diffuse Optical Imaging, CW DOI）利用近红外光在组织体内相对较深的穿透深度实现器官级的人体信息检测,其优点包括无创、无电离、时间分辨率高以及适合临床连续监测等。CW DOI通常需要测量组织体... 详细信息

稳态扩散光学成像（Continuous Wave Diffuse Optical Imaging, CW DOI）利用近红外光在组织体内相对较深的穿透深度实现器官级的人体信息检测,其优点包括无创、无电离、时间分辨率高以及适合临床连续监测等。CW DOI通常需要测量组织体在不同光波长从多个源点激励下表面其它各点的漫反射光流分布,由此带来光源波长与源点位置编码的问题。当前大多数CW DOI系统采用时分复用光源编码方式,该方式测量时间长难以满足某些快速变化生理信号实时监测的要求。为此,本文提出了光源频分复用编码与探测器输出信号数字锁相检测解复用的实现方案,减少了测量时间,提高了测量结果的时间分辨率。围绕上述方案所搭建的稳态双通道漫射光检测系统包括光源、波分复用器、光子计数探测器、FPGA数字锁相检测电路、通信与数模转换电路以及上位机软件部分。实验发现,该系统存在测量暗噪声较大,测量结果信噪比不够好,入射光强与源探距离均不变的情况下测量结果间或出现粗大误差现象以及FPGA检测系统与PC机上位机之间数据传输速率不满足要求等问题。针对以上问题,本文分别进行了原因分析、改进方案设计以及改进效果的实验验证。针对暗噪声高与信噪比不够好的问题,研究了实验条件对测量结果的影响,采用了纤芯更细的光纤;针对测量结果中间或出现的粗大误差现象进行了前端探测器输出信号的阻抗匹配以及FPGA输入异步信号进行了同步化处理;针对数据传输速率不满足要求的问题,采用向量模式的CORDIC算法在FPGA内部实现了均方根运算模块,以此减轻上位机工作负担且减少了实际需传输的数据量,提高了有效数据传输速率。最后针对以上改进方案进行了实验验证。结果表明,改进后的系统在相同源探距离下的测量值变化规律与实际入射光强变化规律基本一致,二者最大相对误差为7.32%;在更大源探距离范围内测量结果的信噪比达到了35dB以上;在16-30mm源探距离范围内,双通道测量值与解析解结果变化规律基本一致,相对误差保持在17%以内。改进后的系统暗噪声测量值明显减小,在测量准确度与稳定性均有较大幅度提高。

关键词：多波长稳态漫射光检测光子计数技术数字锁相检测 FPGA

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光子计数激光测距系统设计与实现

光子计数激光测距系统设计与实现

作者：陈云飞南京理工大学

学位级别：硕士

激光测距系统采用主动激光光源,通过多种工作方式,实现对目标距离信息的探测,凭借其系统简单,操作灵活,高精度等特点,被广泛运用于民用、科研及军事等各类场合;基于光子计数技术的激光测距系统,在脉冲式激光测距的原理上,引入时间相关... 详细信息

激光测距系统采用主动激光光源,通过多种工作方式,实现对目标距离信息的探测,凭借其系统简单,操作灵活,高精度等特点,被广泛运用于民用、科研及军事等各类场合;基于光子计数技术的激光测距系统,在脉冲式激光测距的原理上,引入时间相关单光子计数技术,降低了对激光脉冲能量及功耗的要求,提高了系统的有效测距范围,同时提高了系统的时间分辨精度及探测精度。光子计数技术是一项离散化统计采样技术,将探测器的输出信号看作离散的随机脉冲;时间相关单光子计数(TCSPC)技术是在光子计数基础上发展起来的,进一步提高了光子计数的能力,具有极高的时间分辨率。本论文参考了国内外相关文献,在光子计数激光测距系统原理及常见系统的基础上,通过系统的光学原理分析,关键硬件器件选取以及操控软件编写,搭建了实验室光子计数激光测距系统原理样机;通过一系列实验的测试,得出了系统的各项性能指标,对50m左右的目标可以实现毫米级别精度的有效距离探测。另一方面,通过分析光子计数激光测距系统探测原理,本论文设计了对系统物理探测过程的蒙特卡洛仿真算法,通过相同参数下的实验结果验证了仿真算法的正确性、有效性;仿真算法参数中包含影响系统探测精度的回波信号强度、激光脉冲宽度、探测器时间抖动等主要因素,并通过仿真分析了以上参数对系统探测精度的具体影响。最后,本论文提出了一种改进型双波长激光探测系统,可以有效提高系统的测距精度;通过双探测器双通道对出射的双波长信号进行探测,对两个通道采集到的信息进行一定的对比算法处理,输出最终探测结果,并通过仿真分析及实验结果,验证了该方法的有效性。

关键词：激光测距光子计数技术蒙特卡洛仿真探测精确度双波长探测

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基于可同步门控制器的单态氧检测系统

中国新通信 2010年第15期12卷 76-78页

作者：黄通情福建师范大学物理与光电信息科技学院福建医科大学基础医学院

开发了一种新型可同步门控制器,用于检测在1270nm的近红外1↑O2发光。根据1↑O2在不同的环境中的时间分辨特性,采样门的位置和宽度可独立调节。使用该控制器,可有效地抑制短期和长期的背景光,显著地改善了1↑O2发光检测的信噪比。对于1... 详细信息

开发了一种新型可同步门控制器,用于检测在1270nm的近红外1↑O2发光。根据1↑O2在不同的环境中的时间分辨特性,采样门的位置和宽度可独立调节。使用该控制器,可有效地抑制短期和长期的背景光,显著地改善了1↑O2发光检测的信噪比。对于1↑O2发光的检测,该控制器具有潜在的应用前景。

关键词：单态氧发光光子计数技术可同步门控制器

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光电成象技术及器件