低剂量非相干X光鬼成像
发布时间：2020-08-11 21:52
【摘要】：“鬼”成像是一种间接的、基于二阶关联的成像方式,只要知道照射在物体上的光场分布就只需用一个单像素“桶”探测器测量总光强便可再现物体的像。鬼成像具有许多传统成像不具有的性质,例如可以透过散射介质成像、在弱光下成像、或者实现超分辨成像。在可见、红外等波段鬼成像已进入应用开发阶段,然而由于在X光波段没有合适的分束或调制器件,X光鬼成像的研究起步很晚。基于二阶关联的X光鬼成像有望降低辐射剂量,消除电离损伤,这在医学诊断、材料分析等领域有重大意义。作为准备工作,本文首先利用单光子量级的可见光弱光探测器阵列进行了传统成像。由于密码芯片由半导体结构组成,芯片在运行时会辐射出光子,通过获取光子信息可以破解加密信息。本文分析了AT89C52芯片运行时静态随机存取存储区的光子情况,分析了光子发射位置与运行指令之间的关系,并以8字节的精度确定了芯片的物理地址位置。该工作为光旁路攻击提供了一种新的可视化方法。本文进行了利用非相干可见光的鬼成像实验,以及可见光下的计算鬼成像实验。另外,通过分析二阶强度相干,探究了散斑的统计性质与鬼成像像质之间的关系。在理想情况下,只要散斑存在涨落,就能够实现鬼成像。然而在实际情况中探测器存在噪声时,本文利用数值模拟证明了只要散斑的g~((2))在2附近,无论灰度散斑还是二值散斑都能实现高质量的成像。因此可以根据调制器件决定选用灰度散斑还是二值散斑。该工作为如何选取并优化X光鬼成像调制器件打下了理论基础。接下来本文进行了利用台面式非相干X光源进行鬼成像的实验准备。首先发现,由于X光源超短的相干时间和相干长度,受探测器的结构和分辨率所限,利用双成像板进行鬼成像方案并不可行。接下来本文通过预记录一系列由砂纸产生的X光散斑,对人工二值物体以及自然界中的灰度物体进行了鬼成像实验。该实验方案具有简单易行、更具有实用性的特点。最后本文优化了砂纸以及光路,实现了分辨率更高的X光鬼成像。在X光成像剂量方面,本文首先根据Rose准则确定了极限情况下传统成像中所需的最少光子数,并分析了鬼成像可以实现弱光成像的理论依据。接下来在实验中进行了超低辐射鬼成像的实验验证,成像所需光子数在单光子量级。为进一步减少辐射剂量,采用对应成像方案,能够在保持成像质量时将辐射剂量再降低一个数量级。此外,利用可控的调制矩阵在稀疏基上测量也可以减少采样次数。通过制作X光调制板实现了X光的计算鬼成像:首先将调制矩阵刻蚀在铜印刷电路板上,实现了150μm的成像分辨率;然后利用微加工的方式刻蚀在金调制板上,实现了10μm的分辨率。最后通过数值模拟,分析调制器件厚度不均匀对成像的影响,并提出改进方案。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O434.19
【图文】：
第 2 章 基于单光子成像的光辐射分析如图 2.2 所示[127]。开发板 LY5A-L12 由 5.8 V 直流电压芯片 AT89C52 发送指令，并通过 RS232 串口与计算机通的指令时，密码芯片执行相应的命令，导致被访问的晶体收镜头由两个高分辨率的镜头组合成放大率为 8 倍的显微VTG2514，25 毫米焦距）距离物体 5 mm，目镜（SATO距）距物镜 20 mm，与 EMCCD 之间相距 115 mm。显微到 EMCCD 表面，并用 EMCCD 进行单光子量级的成像
(a) (b) (c)图 2.3 SRAM 区域的像。(a)在手电光照明下的 SRAM 图，其中 EMCCD 开启传统成像功能；插图展示了放大的存储单元。(b)芯片不供电时的单光子成像。(c)给芯片供 5.8 V 直流电但不传输数据时的单光子成像[127]。Fig. 2.3 Images of the SRAM area. (a) Image of the SRAM under incandescent illumination ofa flashlight with the EMCCD in conventional mode; the inset shows an enlarged view of thestorage cells. (b) Single-photon image with power off. (c) Single-photon image with an appliedvoltage of 5.8 V but no data transferred[127].表 2.1 循环访问 SRAM 区域的算法[127]。Table 2.1 The algorithm for the chip with a loop to visit different bytes[127].#pragma ASMmov R1, #0x80 //or #0xC0, #0xE0, #0xF0, #0xF8, #0xFC, #0xFE, #0xFF#pragma ENDASMfor(j=0x80; j<=0xff; j++) //or #0xC0, #0xE0, #0xF0, #0xF8, #0xFC, #0xFE, #0xFF{for(k=0x0; k<=0xff; k++)
第 2 章 基于单光子成像的光辐射分析2.3 实验结果及分析确定每行存储多少字节为了得到光子辐射的整体图像，我们首先循环访问高128字节（80H到FFH），而后逐渐向上减半，直至 1 个字节（FFH）。如表 2.1 所示，#0x80 用于重复访问高 128 字节（80H 到 FFH）， #0xC0 用于高 64 字节（C0H 到 FFH）， #0xFC用于高 4 字节（FCH 到 FFH）等等。图 2.4 (a)-(c)分别显示了访问 128 字节（80H到 FFH）、32 字节（E0H 到 FFH）和 1 字节（FFH）时芯片的发光情况，其中红色框标出了发光的区域。
本文编号：2789608
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O434.19
【图文】：
第 2 章 基于单光子成像的光辐射分析如图 2.2 所示[127]。开发板 LY5A-L12 由 5.8 V 直流电压芯片 AT89C52 发送指令，并通过 RS232 串口与计算机通的指令时，密码芯片执行相应的命令，导致被访问的晶体收镜头由两个高分辨率的镜头组合成放大率为 8 倍的显微VTG2514，25 毫米焦距）距离物体 5 mm，目镜（SATO距）距物镜 20 mm，与 EMCCD 之间相距 115 mm。显微到 EMCCD 表面，并用 EMCCD 进行单光子量级的成像
(a) (b) (c)图 2.3 SRAM 区域的像。(a)在手电光照明下的 SRAM 图，其中 EMCCD 开启传统成像功能；插图展示了放大的存储单元。(b)芯片不供电时的单光子成像。(c)给芯片供 5.8 V 直流电但不传输数据时的单光子成像[127]。Fig. 2.3 Images of the SRAM area. (a) Image of the SRAM under incandescent illumination ofa flashlight with the EMCCD in conventional mode; the inset shows an enlarged view of thestorage cells. (b) Single-photon image with power off. (c) Single-photon image with an appliedvoltage of 5.8 V but no data transferred[127].表 2.1 循环访问 SRAM 区域的算法[127]。Table 2.1 The algorithm for the chip with a loop to visit different bytes[127].#pragma ASMmov R1, #0x80 //or #0xC0, #0xE0, #0xF0, #0xF8, #0xFC, #0xFE, #0xFF#pragma ENDASMfor(j=0x80; j<=0xff; j++) //or #0xC0, #0xE0, #0xF0, #0xF8, #0xFC, #0xFE, #0xFF{for(k=0x0; k<=0xff; k++)
第 2 章 基于单光子成像的光辐射分析2.3 实验结果及分析确定每行存储多少字节为了得到光子辐射的整体图像，我们首先循环访问高128字节（80H到FFH），而后逐渐向上减半，直至 1 个字节（FFH）。如表 2.1 所示，#0x80 用于重复访问高 128 字节（80H 到 FFH）， #0xC0 用于高 64 字节（C0H 到 FFH）， #0xFC用于高 4 字节（FCH 到 FFH）等等。图 2.4 (a)-(c)分别显示了访问 128 字节（80H到 FFH）、32 字节（E0H 到 FFH）和 1 字节（FFH）时芯片的发光情况，其中红色框标出了发光的区域。
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 王红胜;纪道刚;高艳磊;张阳;陈开颜;陈军广;吴令安;王永仲;;基于时间相关单光子计数技术的密码芯片光辐射分析[J];物理学报;2015年05期
本文编号：2789608
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