生物超微弱发光的光子计数成象方法

介绍了我们研制和设计的用于测量生物超微弱发光的光子计数成象系统，包括光子成象头、高帧频ＣＣＤ摄象机、图象采集系统和计算机，可以定量地探测出生物的发光强度分布，还能够显示出其发光的图象，确定发光的形状和位置，本系统的信噪比为１０∶１，最小探测功率达１０－１６Ｗ，灵敏度高，动态范围大。使用本系统研究者可以从全新的角度进行深入的医学和生物学研究。

光子图象统计检验的计算机模拟

分析了超高灵敏度光电成象系统和光子图象的特点，提出用斯米诺夫检验来判断图象中有无信号，并用计算机模拟生成光子图象进行检验，得到了相关的三个因素对检验结论影响的量化关系。

紫外成像技术影响因素的实验研究

介绍Superb紫外成像仪成像的基本原理,分析影响紫外设备成像的因素。通过实验得出环境因素对紫外成像仪光子计数率的影响,绘制测试距离、增益及温度对光子计数率的曲线图,由曲线图得知:检测距离、增益对光子计数率的影响大,温度及气压对成像仪计数率的影响小。实验结果验证了相关理论,对规范紫外成像仪在电力系统中的应用具有一定的指导意义。

基于多阳极光电倍增管的阵列型光子计数器

为了实现二维平面上以单光子的灵敏度探测光强分布,提出了一种基于多阳极光电倍增管的阵列型光子计数器。并通过高频甄别技术和等幅放大技术实现对光电脉冲的低噪声恒定放大、解串扰技术消除相邻像素间的串扰影响,最终完成了8×8阵列型光子计数器的研制。测试结果表明,本阵列型光子计数器的单像素的最大计数率为100MCPS,峰值光子探测效率约21.2%,帧频最高可以达到10kHz,在1.8m望远镜平台上可以稳定探测10等星以内的暗弱天体。

多路并行探测提高光子计数关联成像质量研究

构建了一种基于多路并行探测提高光子计数关联成像质量的方案,分析了其成像性能,并通过数值模拟验证了其有效性。探讨了探测路数、回波信号平均光子数和辐照散斑场的稀疏度对成像质量的影响。数值模拟结果表明,该方案下的关联成像质量与探测路数成正相关,随着回波信号平均光子数和辐照散斑场稀疏度的增加,成像质量先提升后降低。

单光子激光雷达研究进展

单光子激光雷达是一种基于微弱光探测的新型激光雷达技术,可实现单个光子探测与计数,目前已达到了理论的探测极限。单光子激光雷达技术与弱光探测、超远距探测、人工智能等技术领域紧密结合并共同发展,产生了诸多研究成果。不同于传统激光雷达,单光子激光雷达通过对回波光子信号进行时间累积恢复出回波信号的离散波形,获取目标距离与反射率信息。回顾了单光子激光雷达系统和相关算法的发展历史,重点介绍了典型的单光子激光雷达系统与图像重建算法,讨论了单光子激光雷达在远距离探测和无人驾驶领域的技术应用和发展现状,并对其未来发展前景进行了展望。

基于锁相光子计数测量的单像素空间频率域成像系统

基于锁相光子计数技术,提出一种多波长并行检测的单像素空间频率域成像(SFDI)系统。以一个数字微镜器(DMD)为待测多波长漫反射光的调制光源,以另一个DMD为漫反射光采集、编码与会聚设备,使得会聚后的漫反射光通过锁相光子计数技术实现不同波长的解调分离,同时降低了系统成本。引入压缩感知图像恢复理论,有效缩短了多次空间编码引起的单像素成像时间。实验结果表明,所提SFDI系统只需要进行像素总数20%左右的编码,即可准确重构多波长下仿体表面漫反射光图像。

压缩感知理论(CS)在弱信号量子测量与蛋白质结构计算中的应用

压缩感知(Compressive Sensing,CS)理论自2006年被提出至今已15年有余,在许多领域如单像素相机、CT扫描成像、雷达等经典系统中获得了成功应用与充分的发展,但在量子和生物系统中还有很大的发展空间.本文首先简单回顾了CS的基本知识及其应用的发展历史,然后重点介绍了北京理工大学量子技术研究中心多年来将CS(以及它的新发展理论)应用于量子精密测量和生物系统上取得的研究成果,具体包括极微弱光信号下的测量与成像、利用CS理论进行多体量子态层析密度矩阵的计算以及根据由CS理论发展的矩阵填充理论进行蛋白质结构计算等方面,说明CS理论不论是在弱信号探测还是量子计算甚至在生物大分子研究方面都具有极大的应用前景和优势,最后对CS理论的应用和发展进行总结和展望.