基于时间相关单光子计数的荧光寿命成像技术

采用时域法中的时间相关单光子计数方法记录荧光寿命,时间相关单光子计数采用多波长通道同时记录荧光光子数,可以提高计数效率和信息量,还可以在稳态图像中分离不同荧光团,形成4维图像。并采用多光子激发技术,利用长波长光源发出的两个或多个光子可以激发出一个短波长的光子。多个光子必须几乎同时到达激发点, 才能提供被激发分子足够的能量以产生荧光。多光子激发波长较长, 生物组织对其散射减小,因而可以穿透到更深层的组织,从而提高荧光成像深度和空间分辨力,并减少对活体样品的损伤。     

基于时间相关单光子计数的荧光寿命成像技术

采用时域法中的时间相关单光子计数方法记录荧光寿命,时间相关单光子计数采用多波长通道同时记录荧光光子数,可以提高计数效率和信息量,还可以在稳态图像中分离不同荧光团,形成4维图像。并采用多光子激发技术,利用长波长光源发出的两个或多个光子可以激发出一个短波长的光子。多个光子必须几乎同时到达激发点,才能提供被激发分子足够的能量以产生荧光。多光子激发波长较长,生物组织对其散射减小,因而可以穿透到更深层的组织,从而提高荧光成像深度和空间分辨力,并减少对活体样品的损伤。     

时间相关单光子计数光谱仪的优化

分析了原有时间相关单光子计数光谱仪存在的不足,提出了改进方案。研制了高速数据采集系统,采用PCI总线技术、FPGA技术,开发了高速光谱数据采集卡,取代了原有的多道分析仪,数据采集速度达到20 MB/s,比原有仪器提高了约200倍;改善了仪器的性能、减小了体积。介绍了光谱仪系统的集成和工作流程,并对仪器的性能进行分析,通过多种标准样品的试验数据分析和对比,光谱仪系统具有最高的灵敏度-单光子计数,测得荧光寿命可达到ps量级,而且可以测得时间分辨光谱。     

基于光子计数激光雷达的自适应门控抑噪及三维重建算法

光子计数激光雷达技术具有极高的探测灵敏度与时间分辨率,是极端条件下高精度目标信息获取的重要手段.由于该技术通过探测单光子级的回波能量实现对目标信息的三维重建,因此极易受噪声干扰,导致成像质量严重降低.基于高速电子门控的距离选通技术虽然可以有效抑制噪声,但存在参数设计依靠经验、目标检测区间窄等问题.本文提出一种在宽目标检测区间条件下的目标信息提取及三维重建方法,首先通过对三维回波信息的获取机理及其概率模型进行分析,获取目标信息分布范围并通过算法门控提取有效信息;再采用高效的图像重建算法进一步提升三维重建的质量,从而具有比基于纯硬件的去噪方法更强的抑噪能力.实验结果显示,在平均像素光子数仅为3.020,且信号噪声比仅为0.106的极端条件下,本文提出的目标信息提取方法可将信号噪声比提升19.330倍;再配合高效的图像重建算法,距离图像的重建信噪比相比于传统的互相关算法提升了33.520 d B,大幅提升了强噪声环境下高精度目标信息获取的能力.     

皮秒时间相关单光子计数光谱仪的核心技术

研制的皮秒时间相关单光子计数光谱仪利用时间相关单光子计数(TCSPC)技术,采用了具有分光时间弥散动态和静态补偿特性的光栅分光系统,解决了传统分光系统的光信号时间弥散问题;使用多道谱分析仪开设时间窗口,测量荧光衰减曲线和时间分辨光谱;用荧光衰减曲线的多指数拟合方法处理数据。给出了光谱仪的原理和总体方案,介绍了系统的集成和工作流程。通过各种标准样品的试验数据分析和对比,得出系统所测荧光寿命可达到ps量级,而且具有最高的灵敏度——单光子计数,时间分辨率达到8．8ps。     

时间相关单光子计数光谱方法：Ⅰ.时间统计特性

本文用随机点过程理论分析了微弱光场作用下光子检测计光电子时间统计特性。讨论了时间相关单光子计数理想工作条件，简述了实际ＴＣＳＰＣ系统若干不理想因素。     

光子计数激光雷达的时间相关卡尔曼深度估计

在高背景噪声和低积分时间的激光雷达远距离成像场景中,针对传统方法得到的深度图像目标被噪声淹没和深度估计偏差较大的问题,提出了一种基于信号光子时间相关性和自适应卡尔曼滤波器的深度信息估计方法.首先,提取在时间上具有聚集特征的光子计数形成集合;然后,分析了影响信号光子在时间上分布的因素并使用静态高斯线性模型来描述该集合;最...     

时间分幅型二维光子计数斑点人像探测系统

在简要叙述了云南天文台斑点相机研制的改进的概况之后，介绍了对新型斑点ＹＯＳＣ－４－时间分幅型二维光子计数斑点像探测系统的研制情况及该系统的性能，试验和分析表明，当进行天文斑点成像记叙有限星等达到１２＾ｍ；随后给出了一些实际的斑点图观测资料和偈复原结果。     

基于时间相关单光子计数技术的密码芯片光辐射分析

密码芯片运行时的光辐射可泄露其操作和数据的重要特征信息. 基于单光子探测技术, 设计并构建了针对CMOS半导体集成电路芯片光辐射信号的采集、传输、处理和分析的光电实验系统. 以AT89C52单片机作为实验对象, 采用时间相关单光子计数技术, 对不同工作电压下密码芯片的光辐射强度进行了对比, 分析了芯片指令级光辐射信息的操作依赖性和数据依赖性. 此外, 使用示波器对时间相关单光子计数技术在芯片光辐射分析上的可行性进行了验证. 实验结果表明, 采用时间相关单光子计数技术对密码芯片进行光辐射分析, 是一种直接有效的中低等代价光旁路分析攻击手段, 对密码芯片的安全构成了严重的现实威胁.     

用LabVIEW实现基于光子计数的动态光散射系统

利用虚拟仪器开发软件LabVIEW设计了基于光子计数原理的动态光散射纳米颗粒测量系统．采用光电倍增管（H6240-01）作为检测器件以及光子计数板（M9003）对单光子信号计数，利用LabVIEW作为软件平台，并用brookhaven的标准纳米颗粒进行了实验，取得了较好的测量效果．     

基于Vernier阳极微通道板光子计数探测器分割噪声

为消除微通道板光子计数探测器系统中电子噪声的干扰,研究了探测器分割噪声的来源,并提出利用COMSOL软件仿真计算分割噪声的方法.利用有限元方法对基于Vernier阳极探测器的成像过程进行三维建模,实现了一组5×5针孔阵列的模拟成像,计算出Vernier阳极分割噪声所产生的电子云质心位置的偏移量,验证了Vernier阳极探测器成像编码的正确性与仿真研究分割噪声的可行性.通过分析不同参量的阳极面板,利用数值拟合方法,得到电子云质心偏移量与阳极面板设计参量之间的关系.在固定面板参量的前提下,可以通过提高微通道板增益来有效降低分割噪声对质心位置偏移影响.     

基于邻近集计算的光谱相似性测度方法研究

在近红外光谱数据相似性测度时,由于光谱数据高维、非线性、重叠等特点,会出现测度距离失效、数据信息处理困难等难题。针对传统相似性测度方法在高维空间出现的不适应性,提出了基于邻近集计算的光谱相似性测度方法。首先,采用邻域保持投影neighborhood preserving projections(NPP)算法对原始光谱数据进行降维处理,该降维方法可以很好的保留原始光谱数据非线性结构信息和数据点的邻域信息。然后,在光谱数据降维后的低维空间中,采用改进的邻近集计算方法,实现对近红外光谱数据的相似性测度。实验结果表明,基于邻近集计算的光谱相似性测度方法,有效的实现了光谱数据的相似性测度,在烟叶风格判定和品质分析方面有较好的应用前景,同时也为高维光谱数据相似性测度提供了一个良好的解决方法。     

基于TOA信息的脉冲星信号周期估计方法

针对脉冲星信号周期估计需逐步搜索、计算量大等问题,提出脉冲星信号周期直接估计算法.根据周期不确定误差对时域上脉冲到达时间(Pulse Time of Arrival,TOA)估计方法的影响,推导了基于TOA信息的脉冲星信号周期估计方法的数学模型.该方法将一组观测到的脉冲光子到达时间序列(Photon Time of Arrivals,TOAs)进行等时间间隔分段,在时域上对每段TOAs进行相位估计获得相应的TOA信息,并根据建立的TOA信息与周期误差的关系采用最小二乘原理估计脉冲星信号周期.对周期准确性的评价不同于传统的依赖折叠轮廓的好坏,而是以TOA与时间图像的斜率作为依据,这一依据更直观、易于理解.理论分析与物理、计算机仿真数据结果表明,本文所提的周期估计方法能够根据短时间脉冲光子到达时间序列获得高精度和高分辨率的脉冲信号周期,有利于X射线脉冲星导航的工程应用.     

基于角谱法的振幅型光子筛的设计和分析

对光子筛的聚焦成像原理作了分析,并用平面波角谱方法对光子筛聚焦成像进行了数值模拟.模拟结果表明,光子筛聚焦具有提高分辨率和抑制高级衍射的优点.在理论分析和计算机模拟的基础上,设计并制作了Fresnel波带片、未平滑处理和平滑处理后的光子筛.用波长为532 nm激光光源对波带片和光子筛聚焦光斑进行检测.结果表明,光波通过光子筛聚焦后的光斑比波带片的光斑更细,成像对比度更高.     

基于空间光调制器的HDR图像获取方法

提出一种利用空间光调制器对物方光线进行调制并多次曝光的方法来获取HDR图像.讨论了该方法的原理,并根据原理搭建实验装置进行了实验.实验装置中以LCOS作为空间光调制器,以CMOS作为成像传感器,通过多次曝光获得系列图像,利用图像合成算法生成HDR图像.该方法具有实时性好、扩展性强、成本较低等优点.     

基于空间光调制器的波面重建优化方法研究

针对不同非球面面形的实时检测需求,研究了基于空间光调制器的标准波面重建技术.基于空间光调制器波面重建的原理设计了干涉测量系统,依据空间光调制器的自身特点选取修正离轴计算全息编码方式实现对标准球波面的编码.针对实验中空间光调制器作为全息再现介质引起重建波面质量下降问题,提出了错位叠加优化方案,并将这一过程进行了模拟实验.结果表明,基于错位叠加方法的重建波面均方差值提高了近4.45倍.研究成果为非球面检测过程中标准波面的获取提供了可靠的理论基础.     

一种基于简化正交距离的近红外异常光谱判断方法

及时发现并剔除异常光谱对于提高近红外光谱分析的可靠性具有重要意义。首先介绍了基于正交距离的稳健主成分分析法判断异常光谱的原理,分析了该方法的局限性,在此基础上提出了一种基于简化正交距离的异常光谱判断方法,即以高浓度样品的光谱直接估计第一稳健主成分,再通过重复测量估计正交距离的统计参数来判断异常光谱。最后,采用上述两种方法对葡萄糖水溶液和2% Intralipid仿体溶液透射实验中受温度影响的异常光谱进行了判别。结果表明,基于正交距离的稳健主成分分析法,当崩溃值设定为40%时,葡萄糖水溶液和仿体溶液实验中受温度影响的异常光谱均能被正确识别;当崩溃值设定为25%时,对葡萄糖水溶液和仿体溶液实验中受温度影响的异常光谱漏判率分别为54.5%和72.7%。而简化正交距离法可以准确识别出葡萄糖水溶液和仿体溶液实验中受温度干扰的异常光谱,且具有无需预先设定崩溃值和测量持续时间较短等优点。因此,简化正交距离法在实际应用中相比基于正交距离的稳健主成分分析法有着显著的优势。     

基于空间光调制器的波面重建优化方法研究

针对不同非球面面形的实时检测需求,研究了基于空间光调制器的标准波面重建技术.基于空间光调制器波面重建的原理设计了干涉测量系统,依据空间光调制器的自身特点选取修正离轴计算全息编码方式实现对标准球波面的编码.针对实验中空间光调制器作为全息再现介质引起重建波面质量下降问题,提出了错位叠加优化方案,并将这一过程进行了模拟实验....