多能谱X射线成像技术及其在CT中的应用

随着探测器技术的不断发展,具有能谱分辨能力的光子计数探测器成为人们研究的焦点,并在X射线成像领域开始得到应用。使用该种探测器,可以将具有较宽能谱分布的X射线分为不同的能区分别进行计数,获得详细的能谱信息及不同能量射线的衰减信息,由此引出了"多能谱成像"的概念。本文介绍了近些年来光子计数探测器技术的发展及其在X射线成像中的应用,同时分析了多能谱技术应用于CT成像所带来的一些优势,如降低辐射剂量、提高信噪比、提高物质识别精度、提高造影剂成像效果等。目前,许多研究机构都致力于研究更快速的电子学设备,以适应高计数率下快速成像的需求,随着多能谱成像技术研究的不断深入,必将为X射线成像及CT领域带来许多新的变革。

玻璃基质中ZnS:Mn^(2+)纳米晶荧光瞬态行为研究

用发射、激发、时间分辨光谱和荧光衰减曲线测量，研究了玻璃基质中ＺｎＳＭｎ２＋纳米晶的荧光瞬态行为．发现材料中的３８９ｎｍ和４０４ｎｍ的蓝色发射不是通常报导的Ｄ－Ａ对自激活发光，而是Ｍｎ２＋的间隙态引起的变化的自激活发光．这与我们前面的光谱和ＥＰＲ谱实验结果是一致的．这种发射与Ｍｎ２＋间无能量传递．与ＺｎＳＭｎ２＋体粉末相比Ｍｎ２＋的４Ｔ１→６Ａ１的跃迁荧光寿命明显变短．这说明由于量子限域效应，在纳米晶中ＺｎＳ向Ｍｎ２＋能量传递速度加快。

单光子探测器性能对量子密钥分发系统的影响

根据量子密钥分发协议的原理和单光子探测器的工作模式系统分析了单光子探测器性能对量子密钥分发系统影响的物理模型,给出了单光子探测器暗计数和量子效率对系统筛选码率和量子误码率等指标产生影响的计算公式,并通过对各类量子密钥分发系统的比较,推导出了适用于一般量子密钥分发系统的普适结果。结果表明,在同等条件下采用较少的探测时间门可以提高量子密钥分发系统的性能。

绝缘子电晕放电远距离无接触紫外在线监测系统研究

鉴于现有绝缘子电晕放电检测方法具有需停电操作、试验时间长、检测工作量大等局限性,基于泛在电力物联网的设备电晕放电在线监测系统的研发十分必要。本文给出紫外在线监测系统所采用的四项关键技术:同步调焦技术、紫外CCD成像技术、图像融合技术、紫外光子技术。在实用、经济、可靠的原则下进行监测系统硬件设计,硬件由三部分组成:变电站侧的紫外采集设备、公司的WEB服务器和用户侧的客户端。同时对平台功能和运行环境进行软件开发。最后选择国网天津市电力公司某在运线路,对硬件、软件和平台系统进行功能和可靠性试验验证。试验结果表明,所研发的紫外在线监测系统可对绝缘子进行实时在线监测、巡检结果查询、巡检结果分析等,并最终生成结果报表。

光子计数技术用于SEM二次电子信号检测的理论探讨

本文重点在分析比较PMT视频放大系统与PMT光子计数系统的噪声源,信噪比及探测灵敏度的基础上,就光子计数技术在扫描电镜(Scanning Electron Microscope,简称SEM)二次电子信号检测中的可能应用进行了初步的理论探讨。分析表明,SEM采用光子计数技术后,信号探测灵敏度可提高一个量级以上,从而在相同的电子枪发射亮度与既定的电子光学系统下,可获得更高的图象分辩率与清晰度。

三能段X射线成像数据采集系统设计

伴随着探测器技术以及电子学技术的不断发展,多能段X射线图像采集技术在安检领域特别对提高物质分辨能力起到越来越重要的作用。针对这一需求,文章基于多能量X射线成像技术的成像原理以及技术现状,介绍了利用光子计数型探测器来实现多能段X射线成像的方法。并利用YSO晶体与硅光电倍增管给出一种基于该技术的三能段X射线数据采集系统的电路设计方法,经初步实验可以满足成像需求,为后续采集卡的制作做技术储备。

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_et)、嵌套采样网络(Ns_et)、卷积采样网络(Cs_et)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_et的去块状化效果最好。将Cs_et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_et除块状化明显优于传统算法TVAL3,且Cs_et在重建质量上也同样取得了较好的效果。

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。

基于锁相光子计数的多通道脑功能成像系统

功能近红外光谱成像已成为脑功能研究的首选手段。为得到高灵敏度、大动态范围以及高时间分辨率的成像系统,开发了基于改进锁相光子计数的多通道近红外脑功能成像系统。光源模块由波长为785,808,830nm的激光二极管(各16个)组成,调制方波的频率间隔为252Hz;探测模块包括9个光子计数式光电倍增管。该系统结合了单光子计数技术的超高灵敏度与方波调制模式数字锁相检测的简易并行性,测量线性相关系数可达0.9989,信道间的串扰可忽略不计,具有较强的抗干扰能力和准确的空间定位能力。

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。

用于单光子压缩成像的抗噪重建网络的设计与训练

将光子计数技术与单像素成像结合的单光子压缩成像方法具有成本低、灵敏度高的特点,但该方法使用传统压缩重建算法时重建时间长。基于深度学习的压缩重建网络不仅实现了快速重建,而且可获得更好的重建质量。最近用于单像素成像的压缩重建网络主要基于光探测器工作在模拟方式,采用无噪声或带有加性高斯白噪声的系统仿真数据进行训练。对此,建立了单光子压缩成像系统噪声模型,提出了一种用于单光子压缩成像的抗噪声重建网络(RN)训练方法,使用含有泊松噪声的测量值仿真数据对神经网络进行训练,并搭建单光子压缩成像系统进行验证。实验结果表明,RN能明显提高各种已有压缩重建网络的图像重建质量。在此基础上,提出了一种用于单光子压缩成像的抗噪重建网络(RPN-net),该网络采用跨越式连接结构与阶段式训练方法,实验结果表明其重建性能优于现有的压缩重建网络。

半导体单光子雪崩光电二极管的封装发展

半导体单光子雪崩二极管可实现微弱信号的探测,在量子通讯、激光雷达和大气探测等领域具有重要应用。虽然半导体单光子雪崩二极管的性能主要取决于探测芯片设计、流片工艺和外围匹配电路的设计,但后续的封装技术对其探测性能也有重要的影响。聚焦多年来半导体单光子雪崩二极管的封装发展,简要介绍了相应封装形式和技术,以及封装对于雪崩二极管性能的影响,最后对半导体单光子雪崩二极管的封装发展前景做出了展望。