单光子时间分辨成像光谱仪控制软件系统的研究与实现

发布时间：2020-06-28 02:47

【摘要】：单光子时间分辨成像光谱仪是基于“时间分辨成像光谱技术”创新性原理设计的新型仪器,其将单光子时间分辨技术和压缩感知理论相结合,有效的消除了由于维度增加而带来的灵敏度和维度问题,是基于新理论的高性能光学的新一代仪器。本课题研究的是单光子时间分辨成像光谱仪的软件系统,单光子时间分辨成像光谱仪控制软件系统作为仪器的核心部分,是仪器得以正常工作、合理进行实验的重要保证。该软件系统中主要实现了计数器模块、正交DMD模块、菱形DMD模块、时间测量模块、同步控制模块和图像重建模块等几个重要部分。计数器模块实现的是四路数字微镜(DMD)和PMT/单光子计数器的计数功能;正交DMD模块和菱形DMD模块实现的是DMD芯片的翻转控制,完成光路调制;时间测量模块实现的是对DMD同步信号、激光脉冲信号以及探测器脉冲信号进行时间刻度测量;图像重建模块则是根据TVAL3算法将科学实验数据进行图像恢复重建。除图像重建模块外,其他模块组合工作实现压缩采样获得实验数据。实验表明,将单光子时间分辨成像光谱仪控制软件系统应用于实验中,对其功能和性能进行了全面的实验,取得了满意的结果。单光子时间分辨成像光谱仪的计算时间和误差都相对传统的成像技术都有极大的优势。在保证恢复精度基本不变的前提下,改进后的TVAL3算法的图像重建速度可达到其他重建算法的10倍以上。鉴于此,单光子时间分辨成像光谱仪将在极弱光等前沿科学产业和高新技术领域获得广泛应用。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.41;TH744.1
【图文】：

－１０°邋），因而，我们可以将－１２°方向翻转记为“０”，将＋１２°方向翻转记为“１”，逡逑所以当测量矩阵0是随机二值矩阵时是很容易实现的，且￥是基于随机高斯矩阵逡逑生成方法得到的。根据文献［２６］可知，利用ＤＭＤ进行信号观测的过程如图１．１所逡逑／ＪＮ邋0逡逑ｓｉｎｇｌｅ邋ｐｈｏｔｏｎ逦＼逡逑Ｖ＾＼￣＾逦ｉｍａｇｅ逡逑ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ逡逑ＤＭＤ邋ａｒｒａｙ逦１．．．．丨——丨邋ＤＳＰ逡逑图１．１邋ＤＭＤ用于信号观测的过程逡逑在ＤＭＤ进行信号观测的过程中，ＤＭＤ表示“１”的微镜或像素点将物体的光逡逑线反射到凸透镜上，并最终汇聚到单光子探测器上，得到一个测量值３Ｖ经过ＤＭＤ逡逑镜面矩阵的每一次探测相当于测量矩阵￥的每一行私与信号０或；ｃ相乘：逡逑ｙｔ邋＝邋（ｐｉｘ逦（ｌ．ｉ）逡逑或逡逑ｙ；邋＝邋（Ｐｉ0逦（１．２）逡逑其中的ｙ；，ｉ邋＝邋１，２，３，逦为一次测量的测量值，共经过Ｍ次测量，即可逡逑得到向量ｙ。逡逑６逡逑

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【参考文献】

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本文编号：2732451