1 武汉大学 电子信息学院 ，湖北 武汉 430072
2 中国空间技术研究院北京 100098
3 武汉量子技术研究院 ，湖北 武汉 430206
星载单光子激光雷达以超高灵敏度和超高重频的优势，在海洋探测领域展现了广泛的应用前景。雷达系统中的单光子探测器件具有极高的灵敏度，可以探测光子量级的回波信号，同时也极易受太阳背景光噪声影响。由于背景噪声直接影响激光雷达的工作性能，还会对星上原始的数据量产生影响，在卫星系统设计阶段，对噪声强度的准确估计至关重要。本文综合考虑大气后向散射、水面反射及水体后向散射的贡献，建立了一个星载单光子激光雷达海洋噪声的估计模型。以全球首个对地观测星载激光雷达ATLAS为例，在输入系统参数和环境参数后，模型估计的噪声与ATLAS实测噪声误差在15%以内，证实了该噪声模型的正确性。
光子计数 激光雷达 海洋探测 噪声模型 photon counting Lidar application in marine systems noise model
华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海 200241
单光子探测技术具有高灵敏度、低时间抖动、低功耗等独特优势，在激光测距和成像中的应用越来越广泛。基于此，提出一种低成本的高精度单光子测距技术。利用窄脉冲电路驱动激光二极管产生脉宽为160 ps的窄脉冲激光，利用多像素光子计数器研制时间抖动为417 ps的低时间抖动单光子探测器，降低系统的整体时间抖动，并搭建高精度单光子测距实验装置。测距实验结果表明，在2 m的测距量程内，单光子测距系统的距离测量精度可达370 μm@RMS。实验装置采用同轴光路设计，结构简单，易于集成，为实现小型化低功耗高精度单光子测距系统提供了一种可行性的解决方案。
激光测距 单光子探测器 亚毫米 光子计数 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0512007
1 战略支援部队信息工程大学基础部，河南 郑州，450001
2 战略支援部队信息工程大学信息系统工程学院，成像与智能处理河南重点实验室，河南 郑州 450001
光子计数型能谱计算机断层扫描（CT）已成为CT成像领域的最新技术，建立精确的噪声模型可以为开发高效的能谱重建算法和降低辐射剂量提供理论支撑。通过对光子计数型能谱CT投影数据噪声进行深入分析和理论推导，提出了能谱CT投影数据噪声的p-范分布模型。首先，综合考虑光子计数探测器能量采集中的光子统计波动和电子热噪声，利用贝叶斯公式推导噪声分布模型。然后经过投影数据的密度函数拟合验证、拟合优度检验等实验环节对所提理论模型进行检验。结果表明，相比于传统分布模型，所提分布模型能够更加精准地刻画光子计数型能谱CT成像机理和物理过程。最后，对投影数据观测序列进行时间序列分析，并将预测得到的结果用于修复异常值。从仿真实验结果和实际数据实验结果可以看出，该预测值具有良好的修复效果。
光子计数型能谱计算机断层扫描 投影数据噪声 拟合优度检验 一元p-范分布 时间序列分析
1 中国航空工业集团公司 西安飞行自动控制研究所，西安 710065
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室，西安 710119
3 中国科学院大学，北京 100049
为分析死时间、暗计数等因素对单光子相干测速性能的影响，搭建了基于近红外单元单光子雪崩二极管探测器的外差相干测速实验系统，实验分析了探测器暗计数率和信号探测光子计数率对多普勒信息重建的影响，以及由探测器死时间决定的饱和计数率限制下的最优信号探测光子计数率。在1 μs探测器死时间、1 ms采集时间下，分别对1.8 kHz、52.4 kHz和194.4 kHz探测器暗计数率影响下的光子到达时间序列进行快速傅里叶变换，从频谱数据中提取拍频信号。实验结果表明，随着光子计数率的增加，相干拍频信号频谱信噪比逐渐增大而后趋于平稳，当接近饱和计数率时，在相干拍频信号频谱低频区域和拍频频率两侧出现了谐波分量，谐波频率间距与光子计数率数值基本相等，受谐波影响较小的最优光子计数率约为单光子探测器饱和计数率的90%。研究结果可为全光纤单光子多普勒测速雷达技术的发展和应用提供参考。
相干探测 光子计数 外差探测 多普勒 测速 Coherent detection Photon counting Heterodyne detection Doppler Velocity measurement
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室，天津 300072
X射线激发发光断层成像（XLCT）是一种新兴的混合成像技术，该技术可同时获得目标体结构信息和功能信息。然而，窄束XLCT重建图像虽然具有高空间分辨率，但X射线利用率较低，数据采集时间过长；锥束XLCT系统提高了X射线利用率，缩短了数据采集时间，但有限的探测角度导致图像重建质量相对较低。为解决上述问题，提高X射线利用率，高效实现多角度高灵敏数据采集，提出了一种基于光子计数测量的锥束XLCT系统，并通过仿体实验对其性能进行了验证。仿体实验结果表明，6个角度锥束照射模式下重建图像的相似度系数（DICE）可达50%，系统保真度（SF）和重建浓度误差（RCE）达到0.7以上，可实现3 mg·mL-1以上的荧光物质质量浓度差距的重建。
医用光学 X射线激发发光断层成像 系统研制 光子计数 仿体实验
中国电子科技集团公司 第三十四研究所，广西 桂林 541004
针对现有激光波长测量方法复杂、成本高、缺乏普遍适用性的问题，提出了一种基于3×3光纤耦合器的激光波长测量方法，理论推导了测量方法的基本原理，并搭建了激光波长实验测试验证系统。利用光纤延时线(FDL)改变干涉仪测量臂的传输时延，采用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)采样得到该时延变化量对应的干涉信号条纹半周期数，根据半周期数与时延差之间的关系，计算出待测激光波长。实验测试结果表明：当用该测量方法测量出激光波长分别为1 310.84、1 550.78 nm时，使用光谱仪测得的激光波长分别为1 310.56、1 550.63 nm，两者结果几近一致。
条纹计数法 光纤耦合器 迈克尔逊光纤干涉仪 时延差 激光波长 fringe counting method, fiber coupler, michelson f
常州大学计算机与人工智能学院, 江苏常州 213164
在人群计数中, 针对尺度变化、行人分布不均以及夜间较差成像条件, 提出了一种基于 RGB-T(RGB-Thermal)图像的多模态人群计数算法, 称为双流残差扩张网络, 它由前端特征提取网络、多尺度的残差扩张卷积模块和全局注意力模块所构成。其中, 前端网络用来提取 RGB特征和热特征, 扩张卷积模块进一步提取不同尺度的行人特征信息, 全局注意力模块用来建立全局特征之间的依赖关系。此外, 还引入了一种新的多尺度差异性损失, 以提高网络的计数性能。为评估该方法, 在 RGBT-CC(RGBT Crowd Counting)数据集和 DroneRGBT数据集上进行了对比实验。实验结果表明, 在 RGBT-CC数据集上与 CMCRL(Cross-modal Collaborative Representation Learning)算法相比该算法的 GAME(0)
人群计数 RGB-T图像 扩张卷积 全局注意力 多尺度差异性损失 crowd counting, RGB-T images, dilated convolution,
1 南京理工大学自动化学院, 江苏南京 210094
2 南京信息工程大学电子与信息工程学院, 江苏南京 210044
3 南京熊猫信息产业有限公司, 江苏南京 210038
现有的人群计数方法不能够完全适用于轨道交通场景中, 为此, 提出一种基于卷积神经网络的人群计数模型。模型采用 VGG16作为前端网络提取浅层特征, 提出一种基于 Inception结构改进的 M-Inception结构, 结合空洞卷积构成后端网络, 增大感受野, 适应多监控角度下不同尺寸的行人目标; 并提出一种融合行人总数估计损失和密度图损失的加权损失函数。将本文模型与 4种现有模型进行对比实验, 结果表明, 提出的人群计数算法在地铁场景中的平均绝对误差和均方误差仅为 1.46和 2.13, 优于 4种对比模型。考虑到模型的实际应用, 将模型部署到海思嵌入式芯片上, 实测结果表明, 模型可在嵌入式芯片上取得较高的计算速度和准确率, 满足实际应用场景的需求。
人群计数 地铁场景 空洞卷积 嵌入式实现 crowd counting subway scene dilated convolution embedded implementation 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(7): 934
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
3 吉林省智能波前传感与控制重点实验室，吉林 长春 130033
4 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室，江苏 南京 210023
光子计数测距激光雷达在暗弱目标探测、激光遥感等方面均有着极大的应用潜力。激光固态密集分束照明探测虽然相较逐点扫描的方法而言，能够有效提高探测时效性，但在保证较高探测空间分辨率的条件下，激光能量损耗较大。为了能够既保证对目标的高效探测，同时减少密集分束对激光能量的消耗，提出了旋转扫描与推扫相结合的探测方法。对目标进行激光分束照明后，在推扫的过程中快速旋转激光束群，并利用单光子阵列探测器同时对不同目标点返回的信号光子进行采集，以此在固定时间内得到更多的采样点数据。搭建单光子测距系统，发射端利用光纤将激光进行分束，利用位移台模拟推扫，旋转光纤支架模拟旋转扫描，接收端通过单光子阵列探测器并行接收回波光子。对文中所提方法进行了原理性验证，测量出系统测距的精度和准确度，并对上述二者与光子计数间的关系进行了探究。实验结果表明：对于文中所搭建系统，目标点所在像素位置测距的精度优于1.48 cm，准确度优于2.78 cm。二者均随着光子数的增加而提高，并逐渐趋于一个常数。经过旋转扫描，所测得的深度信息较未经旋转扫描所测深度信息增加了33%。总结可得通过旋转扫描能够有效提高探测得到的目标空间分辨率。
光子计数 激光雷达 激光测距 旋转推扫 photon counting lidar laser ranging rotary scanning 红外与激光工程
2023, 52(11): 20230112
1 中国科学院高能物理研究所 核探测与核电子学国家重点实验室北京 100049
2 中国科学院大学 物理科学学院北京 100049
3 中国科学院大学 核科学与技术学院北京 100049
在现有的微通道板皮料玻璃配方的基础上，经过一系列的制作工艺设计和改进，最终制作出了具有合适性能的单螺旋通道的通道电子倍增器；之后搭建了以盘香型钽灯丝作为输入电流的通道电子倍增器（Channel Electron Multiplier，CEM）模拟模式测试装置和以紫外发光二极管结合金阴极作为输入信号的CEM脉冲计数模式测试装置，对该器件的综合性能参数进行全面的测试与评价；测试结果表明：本实验室自行研制的单螺旋通道的通道电子倍增器的模拟增益和脉冲增益分别为1×104~1×106和1×107~1×108，增益值随着工作电压的升高而增加，输出脉冲的上升时间为2~3 ns，性能接近国外同行的同类器件。
通道电子倍增器 增益 模拟模式 脉冲计数模式 Channel electron multiplier Gain Analog mode Pulse-counting mode
