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光子成像阵列读出电路数据处理系统设计

2020-12-02阅读(1053)

光子成像阵列读出电路数据处理系统设计

论文摘要

紫外单光子探测技术近年来得到了迅猛的发展,得益于对微弱光子信号的高灵敏传感检测,紫外单光子探测在漏电排查、激光雷达、军事侦察、视觉成像领域有着非常广阔的前景。图像数据采集与成像系统是决定紫外单光子探测系统实现实用化的关键环节,直接影响着最终的成像效果。作为一种新型成像方式,除了完成传统的数据传输和降噪处理外,还必须完成紫外目标图像与背景图的高效融合。本文针对一款采用SiC单光子雪崩光电二级管探测器的单光子线阵与读出电路,设计了一种可自动传输和处理该读出电路输出数据的处理系统,将电路传输的二进制数据处理成灰度图像,并完成基本的成像应用。本文在系统总结了紫外单光子计数读出电路输出信号特点的基础上,设计了针对性的图像处理算法架构。在线阵探测器扫描紫外光源的过程中,设计的数据处理系统可实时接收探测器阵列传输的各像素串行二进制数据。通过数据采集卡完成芯片帧频模式下输出数据的实时采集,并基于Labview软件实现了对采集数据的图形化显示。根据后续成像应用需求,对采集的数据做小波降噪和双线性插值等预处理,降低紫外图像的噪声后,将紫外图像的分辨率与背景图的分辨率实现统一。针对双模相机即紫外相机与CCD(Charge Coupled Device,CCD)相机采集的不同数据图像,研究了一种三维模型算法,在CCD相机拍摄的背景图中定位紫外相机扫描光源的具体位置,完成了两类图像位置的精确配准,并基于小波变换融合算法结合阈值提取的方法,对配准后的图像实现了图像的融合,最终呈现出较好的紫外图像成像效果。基于本文提出的数据处理系统在紫外成像光学平台上进行了成像实验,可在10米距离内分辨紫外光的形状、位置和强度信息,能呈现完整的包含紫外光源的背景图像,表明数据处理及其图像融合方法基本有效,在紫外成像应用中具有一定的实用价值。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究背景与意义
  •   1.2 国内外研究现状及发展趋势
  •     1.2.1 国内外研究现状
  •     1.2.2 发展趋势
  •   1.3 研究内容与设计指标
  •     1.3.1 研究内容
  •     1.3.2 设计指标
  •   1.4 论文组织结构
  • 第二章 光子计数成像系统与数据处理
  •   2.1 光子计数成像系统
  •     2.1.1 光子计数成像系统组成
  •     2.1.2 APD光子计数读出电路概述
  •   2.2 光子计数读出电路时序
  •   2.3 成像数据处理要求
  •     2.3.1 光子计数成像扫描方式与数据处理
  •     2.3.2 紫外光图像与可见光图像配准
  •     2.3.3 紫外光图像与可见光图像融合
  •   2.4 本章小结
  • 第三章 双目模型配准方法设计
  •   3.1 双目模型配准架构设计
  •     3.1.1 配准方法对比
  •     3.1.2 总体设计
  •     3.1.3 相机参数与扫描范围
  •     3.1.4 配准方法
  •   3.2 紫外光图像与可见光图像配准
  •     3.2.1 线阵探测器与紫外相机配准
  •     3.2.2 紫外光图像和可见光图像配准
  •   3.3 图像配准与像素分辨率的位置转换
  •   3.4 本章小结
  • 第四章 图像融合算法设计
  •   4.1 紫外光图像与可见光图像融合流程设计
  •   4.2 紫外光图像与可见光图像融合
  •     4.2.1 融合方法对比
  •     4.2.2 紫外光图像预处理
  •     4.2.3 紫外光灰度图插值
  •     4.2.4 小波变换图像融合方法
  •   4.3 基于图像阈值提取的图像融合
  •   4.4 软件算法实现
  •   4.5 本章小结
  • 第五章 系统测试与结果分析
  •   5.1 测试平台搭建与系统架构
  •   5.2 数据处理测试与验证
  •   5.3 图像配准测试
  •   5.4 图像融合测试
  •     5.4.1 图像预处理测试
  •     5.4.2 图像插值测试
  •     5.4.3 小波变换融合测试
  •     5.4.4 图像阈值提取与融合测试
  •   5.5 测试结果分析
  •   5.6 本章小结
  • 第六章 总结与展望
  •   6.1 总结
  •   6.2 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士期间发表的论文

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 席亮

    导师: 吴金,陈健

    关键词: 紫外单光子,探测,三维模型,配准,图像融合

    来源: 东南大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,信息科技

    专业: 物理学,计算机软件及计算机应用

    单位: 东南大学

    基金: 东南大学国家重点研发计划项目子课题——紫外探测阵列读出电路与成像系统集成技术

    分类号: TP391.41;O572.212

    DOI: 10.27014/d.cnki.gdnau.2019.003792

    总页数: 68

    文件大小: 2120k

    下载量: 15

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