用于光子计数单像素成像的去块状采样网络

将光子计数技术和单像素成像结合,能实现高灵敏、低成本的光子计数成像,但存在采样时间和重建时间长的问题。基于深度学习的压缩采样和重建网络,将去除偏置和激活函数的全连接层作为测量矩阵,通过从数据中学得高效的测量矩阵和避免传统迭代算法带来的巨大计算量,实现了更快、更高质量的图像重建。但利用全连接层进行高分辨图像的分块压缩感知时,重建图像会产生块状效应。针对该问题提出了重叠分块采样网络（Os_net）、嵌套采样网络(Ns_net)、卷积采样网络（Cs_net）等三种方法以取代全连接层采样。在重建网络的设计中,使用线性映射网络对图像进行重建,设计实验结果表明Cs_net的去块状化效果最好。将Cs_net二值化后应用于光子计数单像素成像系统,实验结果表明Cs_net除块状化明显优于传统算法TVAL3,且Cs_net在重建质量上也同样取得了较好的效果。     

基于压缩感知的单光子时间分辨成像光谱技术

压缩感知成像可突破Nyquist采样定理限制实现亚采样成像,同时还具备降维探测和高通量采集的优势.介绍压缩感知理论在单光子成像和成像光谱方面的研究进展,详细分析压缩感知单光子成像光谱技术.讨论压缩感知时间分辨成像中堆积效应的影响和去除方法,并对压缩感知在单光子时间分辨成像光谱领域的应用进行概述.     

基于APD阵列的单光子计数成像研究

简要介绍了雪崩光电二极管(APD)阵列光子计数成像原理,建立了基于泊松点过程的APD阵列的单光子响应模型.将由光子数、像素点相关组成的目标图形作为激励源加入到APD阵列的单光子响应模型中去,采用蒙特卡洛仿真方法得到多次门控信号下的目标图像.仿真结果与相同照度下的微光图像的比较证明,采用APD阵列进行光子计数被动成像具有灵敏度高、响应速度快的特点,可以广泛地应用到多个科研领域.但是由于器件恢复时间的限制,该项技术目前还只能应用于主动成像和极微弱光照度条件下的被动成像.     

单光子激光测距技术研究进展

随着工业的不断发展,单光子激光测距凭借其探测距离远和探测灵敏度高等特点在测绘领域扮演着不可或缺的角色.本文介绍了单光子激光测距的关键技术、单光子探测器以及着重介绍了单光子激光测距技术应用领域的研究进展,并对未来单光子激光测距的发展进行了总结和展望.     

光子计数计算鬼成像

为实现远距离、高灵敏的三维成像,开展了光子计数计算鬼成像研究.通过振幅型空间光调制器,实现了基于离散余弦变换矩阵和Walsh变换矩阵作为测量基的结构光照明,采用单光子探测技术实现了700 m距离、高灵敏的三维成像.对比研究了快速傅里叶变换算法和迭代优化算法的重建结果.研究表明,相同采样率时,离散余弦测量基作为观测矩阵时...     

基于压缩传感的光子计数成像系统

提出了一种基于压缩传感理论的光子计数成像系统。该系统以单光子计数器作为探测元件,以期在面元探测技术不甚成熟的现状下用点探测器进行极弱光探测。通过计算机模拟计算,验证了压缩传感理论结合单光子计数器应用于极弱光成像的可行性,讨论了单光子计数器的暗计数率、量子效率和测量噪声对成像质量的影响。介绍了压缩传感理论,为了获得更好的图像质量和更快的计算速度,提出了SpaRSA-DWT稀疏重建算法,并与传统的IWT算法进行对比。给出了两种算法下,迭代次数、测量数、噪声功率分别与获得图像信噪比的关系曲线,证明了SpaRSA-DWT算法的优越性。     

极弱光关联成像研究进展及展望（特邀）

光学成像因其分辨率高,信息量丰富,具有其他探测和感知技术不可替代的地位,是人们获取信息最重要的技术手段之一。光子是光学成像系统中的信息载体。光学图像的高质量重构,依赖于对信号光子的高效耦合和对光信息的精准解耦。然而,在遥感或生物成像等重要应用场景中,由于作用距离远或辐照功率低,到达探测面的物体信号光子数少,信噪比低,对光学系统设计、信号探测和图像恢复都带来了极大困难,严重限制了光学成像性能。如何在极弱光条件下获得高质量图像,是光电成像系统研究的基础性难题,也是推动光学成像不断向更大视场、更远作用距离、更高信息通量发展亟待克服的关键技术。近年来,在光场调控和量子探测技术支撑下,并基于光场的高阶经典/量子关联发展起来的关联成像,由于探测灵敏度高、抗干扰能力强,为发展极弱光条件下的光学成像技术带来了新的机遇。文中将简要回顾关联成像的原理机制,在此基础上系统介绍极弱光条件下关联成像方案和方法。并尝试从光子动力学层面解释这些方法的物理本质,讨论这些方法的能力极限,比较这些方法所适用的场景。     

基于单光子阵列相机的激光测速

提出一种基于单光子阵列相机的激光测速方法,该方法可以在单光子量级的回波强度下,同时实现对目标横向速度和径向速度的测量。搭建了一套室内阵列测速激光雷达系统,验证了阵列时间相关单光子计数技术对运动目标进行横向和径向测速的可行性。通过信号预处理方法从空间和时间两个维度滤除背景噪声,利用质心检测和峰值检测确定目标的时变三维空间坐标,利用最小二乘法进行数据的线性拟合获得目标的横向和径向速度值。结果表明,帧积累数与最佳的测速性能有关。该方法可以在微弱的光照环境下实现对远距离运动目标的速度测量,未来还有望实现目标速度图像的获取,为远距离复杂运动目标的识别提供技术支撑。     

复杂场景下单光子激光雷达深度估计方法

单光子激光雷达广泛应用于三维场景的深度和强度信息获取。在复杂场景中存在多个具有不同深度不同反射率的目标,在少返回光子和高背景噪声的情况下,传统方法对这些目标无法做出针对性处理。因此,提出一种复杂场景下单光子激光雷达深度估计方法。该方法充分利用回波信号的时域相关性,对激光雷达三维点云数据进行时域上的全局多深度开窗,并利用空间相关性进行空像素的加权填补。在优化框架下,基于预处理后的激光雷达三维点云数据建立泊松分布模型。最终采用交替方向乘子法求解成本函数的最小值,以得到准确的深度估计。实验结果表明,相较于常规方法,在远距离复杂场景下,所提方法估计深度图像的重建信噪比提高了至少15%,有效改善了深度图像的质量,提升了对低光子水平的鲁棒性。     

基于单光子计数三维成像的目标姿态获取方法

单光子计数成像技术在暗弱目标探测、激光遥感、自动驾驶等领域均展现出了极大的应用潜力。为了探究如何利用该技术得到更多维度的目标信息,提出并验证了一种获取目标姿态的方法。将目标处于不同姿态时的单光子计数三维成像图（深度图）建成数据库,作为先验信息,通过求取库中图像与目标实际的单光子计数成像深度图（姿态未知）的相关系数,选取相关性最强的库中姿态作为目标实际姿态。采用单光子阵列探测器搭建实验系统,激光发散照明目标,以20°为单位构建数据库中的-60°至40°的目标深度图。结合库中数据与姿态分别处于-45°和25°时的目标深度图,利用所提方法估计目标姿态并验证其准确性。在该两种姿态下,分别做出光子计数为10,50,100时的深度图,以探究目标实际姿态与库中对应姿态的相似度和光子计数间的关系。以15°和20°为单位对目标进行多轴旋转,以探究目标进行多轴姿态变化时所提方法的可行性。改变背景噪声,在信号光子与背景光子数比值（SBR）分别为8.13,4.83,3.21,0.72的条件下对目标进行三维成像,探究背景噪声对估计成功率的影响。以木头人玩具为目标,以30°为单位建立数据库,对处于-20°和20°...     

一种应用于无线监控网的图像压缩及重建法

采用降低分辨率的方式进一步地降低无线监控图像存储和传输的比特数,然后,在接收端采用垂直瞬间3场调节内插法进行处理,将图像还原,在不损害图像质量的情况下重建原始图像,使得接收端能够获得较清晰的监控图像。该方法比一般的线性内插法具有更好的图像质量,与自适应运动检测控制内插法、基于小波变换的自适应内插法等方法相比,方法更简便易行。     

Neural Network Image Reconstruction for Magnetic Particle Imaging

We investigate neural network image reconstruction for magnetic particle imaging. The network performance strongly depends on the convolution effects of the spectrum input data. The larger convolution effect appearing at a relatively smaller nanoparticle size obstructs the network training. The trained single‐layer network reveals the weighting matrix consisting of a basis vector in the form of Chebyshev polynomials of the second kind. The weighting matrix corresponds to an inverse system matrix, where an incoherency of basis vectors due to low convolution effects, as well as a nonlinear activation function, plays a key role in retrieving the matrix elements. Test images are well reconstructed through trained networks having an inverse kernel matrix. We also confirm that a multi‐layer network with one hidden layer improves the performance. Based on the results, a neural network architecture overcoming the low incoherence of the inverse kernel through the classification property is expected to become a better tool for image reconstruction.     

Single-Photon Lidar for Fast Imaging at Low SBR and Few Photons

In low-light conditions, the single-photon light detection and ranging(Lidar) technique based on timecorrelated single-photon counting(TCSPC) is suited for collecting a three-dimensional(3D) profile of the target. We present a rapid 3D reconstruction approach for single-photon Lidar with low signal-to-background ratio(SBR) and few photons based on a combination of short-duration range gate selection, photon accumulation of surrounding pixels, and photon efficiency algorithm in this paper. We ach...     

A Single-Photon Avalanche Diode Array for Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy

We describe the design, characterization, and demonstration of a fully integrated single-photon avalanche diode (SPAD) imager for use in time-resolved fluorescence imaging. The imager consists of a 64-by-64 array of active SPAD pixels and an on-chip time-to-digital converter (TDC) based on a delay-locked loop (DLL) and calibrated interpolators. The imager can perform both standard time-correlated single-photon counting (TCSPC) and an alternative gated-window detection useful for avoiding pulse pile-up when measuring bright signal levels. To illustrate the use of the imager, we present measurements of the decay lifetimes of fluorescent dyes of several types with a timing resolution of 350 ps.      

基于压缩感知的宽带成像雷达Chirp信号回波的压缩和重构

针对宽带成像雷达chirp信号回波按照带通采样定理采样得到的数据量大所导致的存储压力大的问题,本文提出基于压缩感知的chirp信号回波压缩和重构方法,首先就回波是否可压缩,利用chirplet变换分析了chirp信号回波的稀疏性,在信号稀疏的基础上,应用chirplet变换给出了可应用于压缩感知的稀疏字典及其简化形式,并证明了所给出的简化形式稀疏字典满足信号重构的条件。最后给出了回波的压缩和重构方法并结合ISAR成像进行了数字实验,先在目标转动加平动模型下,进行了数据的压缩和重构,通过比较重构信号和原信号的时域波形、高分辨距离像和ISAR成像结果,验证了本文的方法。最后仿真分析了重构误差随信噪比的变化曲线,说明了本文的方法对信噪比的要求。      

基于VFW的成像声纳视频压缩存储设计

针对声纳系统图像实时存储过程中的大数据量问题,本文提了一种声纳视频压缩存储的工程实现方法。采用MPEG-4视频编码标准[1]及Xvid编码器,基于VFW数字视频软件开发包,在VS2010开发环境下实现了对声呐视频的高压缩率、高压缩质量的实时压缩存储。经过实际测试,本文设计方案能够满足成像声纳系统在100m满量程条件下,最高帧率15Hz的应用需求。     

广东电台音频网络改造方案的设计与实现

通过省级电台音频网络系统改造的实践,着重对考虑的几项设计重点进行分析论证,对省级电台技术同仁具有一定的实践参考意义。     

基于Blackfin的网络视频压缩系统设计

利用视频解码芯片ADV7183A来完成模拟视频信号的采集量化,进而由ADSP-BF561完成视频数据的压缩,再通过PPI传输将压缩过的视频数据传送到由ADSP-BF537和LAN8187等芯片组成的网络传输模块,网络传输模块再将处理后的视频数据流通过组播和单播方式发送给指定用户。能够满足视频监控系统的实时性和远程化要求。     

基于硬压缩的嵌入式网络摄像机的设计与实现

设计并实现了以三星公司的S3C2510A和WIS公司的GO7007SB为核心的基于硬压缩的嵌入式网络摄像机.其中,S3C2510A负责系统控制,并在其上运行μClinux嵌入式操作系统,用于整个系统的软件调度;GO7007SB负责音视频编码;两者之间通过HPI通信.     

Model-Based Reconstruction for Magnetic Particle Imaging

Magnetic particle imaging (MPI) is a new imaging modality capable of imaging distributions of superparamagnetic nanoparticles with high sensitivity, high spatial resolution and, in particular, high imaging speed. The image reconstruction process requires a system function, describing the mapping between particle distribution and acquired signal. To date, the system function is acquired in a tedious calibration procedure by sequentially measuring the signal of a delta sample at the positions of a grid that covers the field of view. In this work, for the first time, the system function is calculated using a model of the signal chain. The modeled system function allows for reconstruction of the particle distribution in a 1-D MPI experiment. The approach thus enables fast generation of system functions on arbitrarily dense grids. Furthermore, reduction in memory requirements may be feasible by generating parts of the system function on the fly during reconstruction instead of keeping the complete matrix in memory.