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。

基于正交水印的盲水印检测技术

提出一种稳健的盲水印检测技术.利用水印信号与主数据之间的正交性,水印检测时不需要使用原始数据并且可以彻底消除主数据噪声的干扰,从而大大提高了水印检测器的稳健性.无论是根据Neyman-Pearson准则还是最小错误概率准则,理论分析表明本文检测器在性能上可以取得很大改善.利用对水印加权的分组技术,盲水印检测器在性能上逼近非盲水印检测器.各种失真下的实验结果表明这种盲水印检测技术是有效的.

基于光电检测系统的图像信号采集

针对当前图像信号采集方法存在采集速度慢、图像信噪比低的难题,提出一种光电检测系统的图像信号采集方法。首先对图像信号采集的工作过程中进行分析,找到引起当图像信号采集效果差的因素,然后采用光电检测系统采集图像信号,对采集后的图像信号进行压缩、消噪、放大等处理,提高图像信号的信噪比,改善图像的质量,最后实现图像信号采集的仿真模拟对比实验,本文方法可以加快图像信号的采集速度,具有较好的信号采集实时性,而且可以抑制外界环境的干扰,提升了图像信号采集质量,并且整体性能要优于当前其它图像信号采集方法,实验结果验证了基于光电检测系统的图像信号采集优越性。

星载光电成像系统探测能力分析与研究

星载光电成像系统可实现远距离空间目标的探测与识别,而探测距离是系统的主要性能参数。以空间目标反射太阳光为基础,建立了系统极限探测距离的数学物理模型,分析了影响探测距离的因素,对极限探测距离与太阳光入射方向、光学系统的有效通光口径、探测器的信噪比阈值以及曝光时间的定量关系进行了数值模拟研究。研究结果表明:增大光学系统的有效通光口径可实现系统探测能力的显著提升;当信噪比阈值和太阳光入射角同时变化时,降低信噪比阈值可有效提高系统的探测能力,并且此时太阳光入射角的变化对系统极限探测距离的影响较小。

星载光电成像系统建模与性能评估

星载光电成像系统可实现对空间目标的有效探测,而探测距离是评价系统性能的重要指标。以太阳辐射特性和深空背景特性为基础,分别建立了几何成像因素、探测器灵敏度、信噪比和成像分辨率影响下的系统作用距离的数学物理模型,推导了系统作用距离的表达式,对作用距离与曝光时间、探测器像元尺寸、有效通光口径等影响因素之间的关系进行了数值模拟研究。研究结果表明,对于有效尺寸为2 m×4 m、平均反射率为0.3的平面目标,当光学系统口径为100 mm、焦距为500 mm、探测器像元尺寸为3.5μm时,系统对目标的最大作用距离为12 km,作用距离主要受成像分辨率的限制。研究结果可为星载光电成像系统的设计以及系统性能评估提供一定的基础。

星载光电成像系统对空间点目标成像的弥散与拖尾特性研究

星载光电成像系统对空间点目标成像进行探测、识别时,由于受到系统衍射、像差及系统与目标相对运动等因素的影响,点目标成像会产生弥散与拖尾现象。以空间目标可见光反射特性和系统点扩散理论为基础,建立了目标成像弥散的数学物理模型,对系统的衍射、像差造成点目标成像弥散进行了理论分析与数值模拟研究;分析了系统与目标的相对运动关系,推导了单帧积分时间内目标在像平面上拖尾长度的表达式,定量研究了轨道高度、观测角等对拖尾长度的影响。结果表明,像差使目标成像的弥散程度增大,像斑中心强度下降;在成像系统参数及其轨道高度一定的条件下,目标的拖尾长度随着目标轨道高度的降低、观测角的增大而增大。

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。