基于单光子探测的高分辨率激光主动成像技术研究

论文摘要

传统的成像方式分辨率低且易受周围环境和系统部件的影响。近年来,随着计算机技术和量子信息技术的发展,单光子探测技术应运而生,且受到国内外专家学者的广泛关注。基于此,将单光子探测技术和激光主动成像技术相结合,采用脉冲激光器作为光源照射物体,可以在不良光照条件下实现激光探测,并利用计算机数据处理得到高分辨率的图像。因此,激光主动成像在弱光探测领域中应用广泛。利用单光子技术对图像进行探测,需要采集大量的单光子图片,当图片数量过多时数据处理就会耗费大量的时间。本文介绍了图像处理的算法及其优化,对比了平均灰度法和加权灰度法的异同,观察了两种算法提取质心的图像效果,通过算法优化,减少程序中的循环次数,提高了图像处理的效率。另外,使用连续光光源进行了被动成像实验,观察算法的处理效果,通过计算得到系统的分辨率为26.7 lp/mm。再通过对两种不同大小的分辨率板进行探测,对比了1px和0.3px的图像处理效果。本课题中使用Nd:YAG脉冲激光器为光源,搭建了激光主动成像实验系统,结合像增强器的门选通功能,进行了激光距离选通实验并进一步提高了距离分辨力。通过改变数字信号延时器的延时时间,计算出两个图案的距离,分辨出了不同距离的物体。另外,保持延时时间不变,增加像增强器的门宽,可以得到两个物体的图像信息,通过两个物体的强度矩阵及其对应的距离信息可以得到两个物体的三维图像,说明改变像增强器的门宽至少可以分辨出相距15cm的两个物体。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题的研究背景与意义
•   1.2 单光子探测技术的研究现状
•     1.2.1 光电倍增管
•     1.2.2 单光子雪崩光电二极管
•   1.3 激光主动成像技术的研究现状
•   1.4 本文主要研究内容
• 第2章 单光子成像原理及实现方法
•   2.1 单光子成像原理
•     2.1.1 像增强器
•     2.1.2 高速相机
•   2.2 质心提取算法
•   2.3 单光子探测系统的增益和噪声
•     2.3.1 增益分析
•     2.3.2 噪声分析
•   2.4 本章小结
• 第3章 质心提取算法及连续光照明单光子成像
•   3.1 优化质心提取算法
•   3.2 单光子成像实验
•     3.2.1 单光子成像实验装置
•     3.2.2 质心提取效果
•   3.3 连续光照明单光子成像实验
•     3.3.1 探测系统背景噪声
•     3.3.2 系统分辨率
•     3.3.3 亚像素分辨成像实验
•   3.4 本章小结
• 第4章 基于距离选通的激光主动单光子成像
•   4.1 激光主动成像实验系统
•   4.2 激光距离选通
•     4.2.1 激光距离选通原理
•     4.2.2 激光距离选通实验
•     4.2.3 实验结果
•   4.3 提高距离分辨力
•     4.3.1 实验过程
•     4.3.2 实验结果
•   4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 宋亚茹

导师: 樊荣伟

关键词: 质心,单光子,亚像素,门选通,激光主动成像

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,计算机软件及计算机应用

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: TP391.41;TN248

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.002310

总页数: 66

文件大小: 4112K

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