1 中国科学院国家空间科学中心科学卫星运控部, 北京 100190
2 中国科学院国家空间科学中心复杂航天系统电子信息技术重点实验室, 北京 100190
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 北京理工大学物理学院, 北京 100081
5 北京量子信息科学研究院, 北京 100193
计算层析成像光谱既有传统成像光谱仪获取目标二维空间和一维光谱“图谱合一”的能力, 还具有高通量测量和免扫描特性, 在光谱成像领域拥有广泛应用场景并得到大量研究。 根据中心切片定理, 计算层析成像光谱仪性能主要受焦平面阵列探测器(FPA)和二维色散元件的性能制约, 以往研究主要在改进二维色散元件设计以增加衍射级次和投影角度以提高精确重建光谱所需的采样量。 从FPA二维色散投影测量入手, 提出并行压缩感知理论和计算层析成像光谱结合的方法, 构建并行压缩感知计算层析成像光谱模型, 利用低分辨FPA实现更高分辨率的色散投影测量, 最终实现高于传统计算层析直接测量的性能水平。 该研究为验证该成像光谱模型的正确性与可行性, 先选用高光谱数据集对色散投影直接测量模型进行了三光谱立方体到二维色散投影和并行压缩感知测量模型重建的仿真实验, 在仿真结果正确的前提下使用连续谱激光器和反射式数字微镜进行了相应的光学系统实验, 完成了投影矩阵的逐点精确标定, 并提出提高标定效率的并行标定方法, 将标定时间降低到单点标定的四分之一。 结果显示并行压缩感知计算层析成像光谱可以获得更高的光谱重建质量, 能获得高于FPA自身性能的高分辨光谱投影并大幅提高光谱重建质量, 验证了所提并行压缩感知计算层析成像光谱的正确性与可行性。
计算层析成像光谱 分辨率 压缩感知 并行压缩感知 Computed-tomography imaging spectrometry Resolution Compressed sensing Block compressed sensing
1 中国科学院国家空间科学中心 复杂航天器系统电子信息技术重点实验室，北京 100190
2 北京理工大学物理学院 量子技术研究中心和先进光电量子结构设计与测量教育部重点实验室，北京 100081
3 中国科学院国家空间科学中心 空间科学卫星运控部，北京 100190
4 中国科学院大学，北京 100049
5 北京量子信息研究院，北京 100081
中长波红外成像探测器成本高昂，成为该波段高分辨成像和实时显示的巨大挑战。本文提出一种高效合并分块压缩感知方法（Multi-block Combined Compressed Sensing，MBCS），适用于基于焦平面阵列的压缩成像系统，它结合了并行采样和快速重建优势，可通过低分辨红外探测器实现低分辨并行测量和高分辨图像快速重建。与传统的基于压缩感知超分辨成像相比，该方法可提升高分辨图像重建的质量，同时实现高速重建。本文对光学系统原型和MBCS重建模型测量矩阵构建过程进行了研究，讨论了合并块大小对重建性能的影响，发现存在最优块大小使重建速度与重建质量都最优。此外，本文还实现了基于GPU加速的MBCS重建算法，用于进一步改进并行成像系统的图像重建速度。仿真和光学实验验证了该光学系统并行采样和快速重建策略的有效性，512×512分辨率成像与显示速度可达到5 Hz。
压缩成像 分块压缩感知 中红外 焦平面阵列 图像处理单元 compressive imaging blocked compressed sensing medium infrared focal plane array GPU
1 天津农学院工程技术学院, 天津 300384
2 北京理工大学光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
3 南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
用非直观偏振参数显微成像, 即采用在传统显微光路中插入模式化装置, 通过拟合过滤后对所得数据反演成像, 通过对金属纳米颗粒在近场空间散射光谱分析, 来解决空间散射现象。 用非直观偏振参数显微成像与传统直观成像做对比, 并通过时域有限差分法建模仿真, 来描述近场直观与非直观散射光谱的差异, 对比结果发现, 非直观偏振参数显微反演成像的分辨率比直观成像更高, 不但能够清晰的探测到纳米颗粒的形状和电场分布, 而且比直观成像获得更广泛的空间散射光谱。
近场散射 空间光谱 显微成像 Near-field scattering Spatial spectra Microscopic imaging 光谱学与光谱分析
2017, 37(9): 2662
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Electronics and Information Technology for Space Systems, Center for Space Sciences and Applied Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 College of Physics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
In this paper, we present an innovative method of double balanced differential configuration, in which two adjacent single photon avalanche diodes (SPADs) from the same wafer are configured as the first balanced structure, and the output signal from the first balanced stage is subtracted by the attenuated gate driving signal as the second balanced stage. The compact device is cooled down to 236 K to be characterized. At a gate repetition rate of 400 MHz and a 1 550 nm laser repetition rate of 10 MHz, the maximum photon detection efficiency of 13.5% can be achieved. The dark count rate is about 10-4ns-1at photon detection efficiency of 10%. The afterpulsing probability decreases with time exponentially. It is shown that this configuration is effective to discriminate the ultra-weak avalanche signal in high speed gating rates.
光电子快报（英文版）
2015, 11(2): 121
1 中国科学院 空间科学与应用研究中心 空间科学实验技术研究室, 北京 100190
2 中国科学院 国家空间科学中心 空间科学实验技术研究室, 北京 100190
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 北京理工大学 物理学院, 北京 100081
为解决灵敏度达到单光子水平的面阵探测器件其单位像素上灵敏度有限和测量数多等问题, 研制了具有极高灵敏度的成像系统来实现欠采样的极弱光成像探测。该成像系统基于光子计数成像技术和压缩感知理论, 利用数字微镜器件(DMD)完成随机空间光调制, 通过单光子点探测器收集光子, 以计数形式记录下光强值。然后, 利用算法重建出极弱光照明下的图像。文中设计了相关实验, 研究了测量数、光强极弱程度和测量时间对成像质量的影响。最后, 引入了图像质量评价标准和系统信噪比, 分析对比了实验数据。结果表明, 当测量数高于信号总维度的19.5%时, 系统能完美成像, 信噪比可低至2.843 8 dB, DMD单位像素上的平均光子数可低于1.106 count/s, 成像的关键在于信号的波动大于噪声的波动。该成像系统基本满足了极弱光成像探测在光强、灵敏度和采样数等方面的要求。
光子计数成像 压缩传感 极弱光 成像系统 雪崩二极管 photon counting imaging compressed sensing ultra-weak light imaging system avalanche photodiode 光学 精密工程
2012, 20(10): 2283
针对传统静态误差分析方法忽略目标运动对测量影响的不足, 本文在分析运动对目标形状影响的基础上建立了灰度质心算法误差与灰度噪声、动态目标尺寸的数学模型, 该模型表明当曝光时间内目标移动量远小于目标静态尺寸时, 动态误差与静态误差接近; 而当目标移动量与目标静态尺寸的比值大于 6%时, 灰度质心算法动态测量误差方差将比静态测量误差方差大 20%以上, 此时必须减小 CCD曝光时间、增加光源出射光功率, 以减小测量误差。
动态误差 质心算法 线性度测试仪 dynamic measure error facula centroid algorithm CCD CCD linear measure instrument
