光学相关论题 天体物理光学

P141.2 2007054969三种光电器件用于天体光度测量时的性能比较=Per-formance comparison of photon-multiplier-tube-based andCCD-based photoelectronic devices[刊,中]/马晓燠(中科院光电研究所.四川,成都(610029)) ,饶长辉…//光学学报.? 2007 ,27(5) .? 882-888从天体光度测量原理出发推导出光电倍增管、普通CCD和电子倍增CCD在天体光度测量中的信噪比公式,从理论上比较了三种器件在天体光度测量中的性能,并给出了实验结果。结果表明,电子倍增CCD的性能最好;在光辐射度较小的条件下,读出噪声严重地影响了普通CCD的信噪比,光电倍…     

光子计数式光电倍增管四象限型和弱光像增强CCD跟踪系统的性能比较

基于光子计数式光电倍增管四象限跟踪系统和弱光像增强CCD跟踪系统的基本原理，分析了这两种跟踪系统的测量噪声误差、系统控制特性和系统闭环噪声等，并重点根据实验结果分析和比较了这两种跟踪系统的性能。结果表明，光子计数式光电倍增管四象限跟踪系统的性能优于弱光像增强CCD跟踪系统。     

基于EMCCD的AOTF成像光谱仪噪声分析与信噪比研究

声光可调谐滤波器(AOTF)成像光谱仪是一种新型高光谱成像系统。针对系统存在的波段间辐射灵敏度差异较大,低照度条件下部分波段信噪较低的问题,引入了电子倍增CCD(EMCCD)作为感光器件。对该原理仪器在普通和电子倍增两种工作模式下的噪声进行了分析,推导了信噪比模型,并利用研制的原理样机进行了实验验证。在此基础上,提出了电子倍增模式下系统动态范围的评价方法,给出了以入瞳光谱辐亮度为判据的工作模式选择方法。结果表明,信噪比模型与实测结果吻合,电子倍增模式的合理选择有效提高了低照度条件下的信噪比,改善波段间辐射灵敏度的非一致性。     

确定单光子计数系统中最佳甄别电压的实验研究

在光电倍增管相关理论的基础上从改变功率、积分时间、减光片、阴极电子加速电压等方面,通过实验利用Matlab软件对曲线进行拟合,通过该方法得到了光子计数率与功率、信噪比与功率、信噪比与积分时间之间的关系以及光电倍增管的相关特性.最后确定了单光子计数系统中最佳甄别电压的具体方法.     

CCD致冷技术在小型光谱仪降噪中的应用

与传统光谱仪相比,小型光谱仪在性能上存在着较大的差距,光度准确度较差、信噪比低等问题限制了其在弱光检测中的应用。分析小型光谱仪的噪声来源及其抑制方法,结合CCD设计了其致冷结构,并采用半导体致冷技术对自行设计的小型光谱仪进行了降噪处理。测量了不同温度下CCD的暗电流,发现致冷对CCD噪声起到很好的抑制作用;在此基础上,参照分光光度计的国家机械行业标准和计量检定规程,测量了致冷条件下小型光谱仪的光度噪声和基线平直度。结果表明：致冷能有效地提高仪器的性能,实验用小型光谱仪的光度噪声为±0.002Abs,基线平直度为±0.004Abs。     

热锂束荧光探测电子密度

使用基于锂原子与电子碰撞激励产生荧光以测量电子密度的新方法,并用CCD摄象机和S20光电倍增管同时观察了锂原子6708?(²P⁰—²S)的荧光信号,并从光强分布曲线推算出电子密度的径向分布。 关键词：     

基于相关光子的多模式空间相关性定标光电倍增管的量子效率

从理论和实验上介绍了一种基于相关光子的多模式空间纠缠特性新型定标方法,实现了光电倍增管的量子效率绝对定标。该方法利用355 nm连续紫外激光器抽运BBO非线性晶体,不仅制备了一对710 nm/710 nm的简并相关光子和一对700 nm/720 nm的非简并相关光子,并且定标了光电倍增管的量子效率。同时介绍了实验原理和定标装置,并且对定标结果进行了不确定度分析。结果表明,利用相关光子的多模式相关性光辐射定标方法的相对合成不确定度小于4.7%。基于相关光子多模式空间相关性获得光电倍增管的量子效率,修正后并与出厂检测结果进行了比对,信号光通道的相对差异分别为10.3%、10.2%,空闲光通道的相对差异分别为12.9%、8.95%。初步验证不依赖时间符合测量的方法,只需对两路的光子计数进行统计,即可实现探测器量子效率的绝对定标。     

动态光散射系统最佳光接收孔径比研究

从动态光散射（Dynamic Light Scattering,DLS）光接收系统的空间相干性出发,推导了干涉信号的表达式并对系统的噪音进行了全面的分析.在环境温度恒定且光电倍增管（Photomultipier Tube ,PMT）良好冷却的条件下,PMT的泊松随机噪音为系统主要噪音.利用光子统计理论推导了PMT的噪音,得到其输出的功率信噪比并计算了功率信噪比最大时的接收孔径比.实验表明,通过调整两固定孔间的距离, PMT输出的功率信噪比可达到最大.由不同孔径比实验计算得到的自相关函数证明了理论的合理性.     

地磁对γγ方向角关联测量的影响

在γ-γ角关联实验中,发现能谱中全能峰的位置随探头方位角的改变而变化。本文通过不同的实验,验证了地磁对能谱测量的干扰以及对γ-γ方向角关联测量的影响。发现地磁对测量的影响主要来自光电倍增管,地磁方向与光电倍增管中电子飞行方向的夹角的改变,引起光电倍增管增益变化,最终给γ-γ方向角关联测量带来较大的影响。文中总结了如何减小地磁影响,改进γ-γ方向角关联实验测量的方法。     

一种新的偏振光谱二向反射测量方法

针对分光辐射度计和CCD相机各自在偏振BRDF实验测量中的不足,提出了一种新的实验方案.分别利用分光辐射度计和带液晶可调滤光片的CCD相机测量偏振光谱BRDF数据,然后利用分光辐射度计的数据来反演图像数据.实验结果表明,反演后的偏振光谱BRDF数据不但准确地描述其波谱特征和材料的均匀性,而且能反映材料的颜色、粗糙度、导电性、纹理和边缘等特征.     

Effects of electron multiplication on the CCD SNR in remote sensing application

A mathematical model describing the effect of electron multiplication (EM) gain on the detector signal to noise ratio (SNR) is presented, and then two types of experiment have been made to test their relationship. The experimental results of the radiometric calibration and imaging in practice both show that the initial EM gain amplification makes the most significant improvement on the EM charge coupled device (CCD) SNR, while as the gain factor continues to increase, the EMCCD SNR improvement will become negligible.     

光学外差探测信噪比研究

对于光学外差探测系统而言,为了有效利用回波信号,需要对信噪比这一表征系统性能的重要指标进行研究。从理论分析了信噪比,给出了计算信噪比的一般公式。理论分析表明,当探测器光敏面上本振光与信号光的振幅、相位、偏振都满足严格的匹配时,外差效率最大。对场分布为艾里函数的光外差信噪比进行研究和数值模拟。结果表明,当艾里斑尺寸的比例系数控制在0.8~1.2内,并使信号光斑主轴偏移量x0控制在0.5以下,探测器的尺寸在(0.6~0.8)λf/d内时,可获得大于0.7ηPs/hνB的信噪比。     

基于FastICA的高光谱图像目标分割

针对高光谱图像目标识别与分类的应用背景,提出了一种基于快速独立成分分析的高光谱图像目标分割算法.通过引入虚拟维数对图像中的目标端元数量进行估计,利用基于非监督正交子空间投影的异常端元提取算法自动获取目标端元光谱,并将其作为快速独立成分分析的初始混合矩阵.采用最小噪声分量变换对原始数据进行降维,利用快速独立成分分析从降维后的主成分中依次提取出图像中的独立分量.最后,对各独立分量进行恒虚警率检测与形态学滤波,从而得到最终的目标分割结果.对AVIRIS型高光谱图像的实验结果表明,该方法可有效探测出图像中的目标,并可获得较好的分割结果.     

星载激光测高仪接收放大器参数的优化设计

为使星载激光测高仪满足测量精度的需求,分析了接收放大器部分的设计原则与要求,对带宽、信噪比、探测灵敏度和放大倍数等主要性能参数进行了理论分析与研究,得到了性能参数的关系和优化的参量。理论结果表明,在激光测高仪测量范围为450 km~650 km,激光脉冲宽度为8 ns~12 ns,工作波长为532 nm与1 064 nm的情况下,对放大器性能参数进行分析计算,可以满足虚警率为1%的星载激光测高仪的设计需求。     

High signal-to-noise ratio sensing with Shack–Hartmann wavefront sensor based on auto gain control of electron multiplying CCD

High signal-to-noise ratio can be achieved with the electron multiplying charge-coupled-device(EMCCD) applied in the Shack–Hartmann wavefront sensor(S–H WFS) in adaptive optics(AO).However,when the brightness of the target changes in a large scale,the fixed electron multiplying(EM) gain will not be suited to the sensing limitation.Therefore an auto-gain-control method based on the brightness of light-spots array in S–H WFS is proposed in this paper.The control value is the average of the maximum signals of every light spot in an array,which has been demonstrated to be kept stable even under the influence of some noise and turbulence,and sensitive enough to the change of target brightness.A goal value is needed in the control process and it is predetermined based on the characters of EMCCD.Simulations and experiments have demonstrated that this auto-gain-control method is valid and robust,the sensing SNR reaches the maximum for the corresponding signal level,and especially is greatly improved for those dim targets from 6 to 4 magnitude in the visual band.     

基于自适应滤波器的大气湍流噪声抑制

为了解决大气湍流效应所引起的光无线通信系统中的衰落问题,建立了与大气湍流噪声及其它加性噪声有关的信号模型,实现了最大输出信噪比可提高3-20dB的匹配滤波器。根据最大似然比准则,推导了强度调制/直接探测(IM/DD)的光无线通信系统的最佳判决门限。采用自适应滤波器实现了对探测门限中所含的信号和湍流的统计值的预测,该自适应门限探测技术对大气湍流噪声有很好的抑制作用,在强湍流情况下,可降低系统的误码率到10-5以下。     

Application of adaptive time-frequency decomposition in ultrasonic NDE of highly-scattering materials

In the paper, adaptive time-frequency decomposition by basis pursuit (BP) is utilized to improve ultrasonic flaw detection in highly-scattering materials as an alternative to the Wavelet Transform technique. The detection of ultrasonic pulses using the BP is described. Computer simulation was performed to verify the signal detection improvements for an ultrasonic wave embodied in white noise, and numerical results show good detection even for signal-noise ratio (SNR) of -18 dB. The improvement in detection is experimentally verified using cast steel samples with artificial flaws.     

凝视观测图像空间弱小目标检测方法

针对凝视观测模式下光测图像中弱小目标的检测问题,提出一种多帧频域特征累积的目标检测方法。利用恒星匹配、临帧差分等方法消除背景变化的影响,通过图像时频域特征分析,推导出递归形式频域特征累积方程,并由此检测图像中的弱小目标。实验结果表明采用多帧频域特征累积方法能将图像信噪比提高3倍以上,有利于检测出弱小目标。     

Diagonal loading least squares time delay estimation

Least squares(LS) time delay estimation is a classical and effective method.However, the performance is degraded severely in the scenario of low ratio of signal-noise(SNR), due to the instability of matrix inversing.In order to solve the problem,diagonal loading least squares(DL-LS) is proposed,by adding a positive definite matrix to the inverse matrix.Furthermore, the shortcoming of fixed diagonal loading is analyzed from the point of regularization that when the tolerance of low SNR is increased,veracity is decreased.This problem is resolved by reloading.The primary estimation’s reciprocal is introduced as diagonal loading and it leads to small diagonal loading at the time of arrival and larger loading at other time.Simulation and pool experiment prove the algorithm has better performance.