基于 MCP / sCMOS 的单光子成像探测系统及算法研究
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TH744

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北京市属高校教师队伍建设支持计划(BPHR202203230)项目资助


Research on single-photon imaging detection system and algorithms based on MCP / sCMOS
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    摘要:

    针对单光子计数成像技术探测目标信号微弱信噪比低、所得图像目标区域不清楚、背景噪声严重等问题。 本文利用 270±5 nm 的日盲紫外滤光片、图像增益 710 5 的微通道板像增强器(MCP)、荧光屏和最大分辨率为 1 504×1 504 的科学级互补金属 氧化物半导体(sCMOS)等器件,设计了日盲紫外单光子探测系统,并通过时序控制获取了单光子光斑图像。 为了突出图像中的目 标区域,本文利用改进的形态学高帽变换算法,对光斑目标区域进行增强处理;随后利用三角阈值法对图像进行二值化处理,同时 利用连通域对目标区域的坐标进行提取;最后运用区域极值算法在原图中的目标区域进行单光子计数。 对紫外光源进行了单次 曝光时间为 80~100 ns 的系列成像和数据处理实验,实验结果验证了所设计的单光子成像探测系统和光子计数算法的可行性。

    Abstract:

    For single photon counting imaging technology to detect weak target signal, low signal-to-noise ratio, and unclear target area of the obtained image, serious background noise and other problems, a single-photon detection system based on solar-blind ultraviolet is designed by using 270±5 nm solar-bind UV filter, microchannel plate image intensifiers (MCP) with irnage gain >10 5 and scientificgrade complementary metal oxide semiconductors (sCMOS) with a mazimum resolution of 1 504×1 504. The system uses time sequence control to obtain single-photon spot images. To highlight the target area in the image, the improved morphological top-hat transformation algorithm is used to enhance the spot target area. Then, the image is binarized by the triangular threshold method, and the coordinates of the target area are extracted by using the connected domain. Finally, the area extremum algorithm is used to count single photons in the target area of the original image. The article conducts a series of imaging with a single exposure time of 80~ 100 ns and data processing experiments on ultraviolet light sources. The results show the feasibility of the designed single-photon imaging detection system and photon counting algorithm.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

周一乐,娄小平,杜中伟,牟涛涛.基于 MCP / sCMOS 的单光子成像探测系统及算法研究[J].仪器仪表学报,2023,44(6):244-251

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  • 在线发布日期: 2023-09-20
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