压缩传感用于极弱光计数成像

• 作者: 俞文凯 刘雪峰 姚旭日 翟光杰 赵清
• 来源期刊: 光学精密工程
• 学科: 工学
• 关键词: 光子计数成像 压缩传感 极弱光 成像系统 雪崩二极管
• 年，卷（期）: 2012,（10）
• 所属期刊栏目: 信息科学
• 页码范围: 2283-2292
• 页数: 10页
• 分类号: TP391|TH724
• 字数: 5449字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3788/OPE.20122010.2283

摘要

为解决灵敏度达到单光子水平的面阵探测器件其单位像素上灵敏度有限和测量数多等问题,研制了具有极高灵敏度的成像系统来实现欠采样的极弱光成像探测.该成像系统基于光子计数成像技术和压缩感知理论,利用数字微镜器件(DMD)完成随机空间光调制,通过单光子点探测器收集光子,以计数形式记录下光强值.然后,利用算法重建出极弱光照明下的图像.文中设计了相关实验,研究了测量数、光强极弱程度和测量时间对成像质量的影响.最后,引入了图像质量评价标准和系统信噪比,分析对比了实验数据.结果表明,当测量数高于信号总维度的19.5％时,系统能完美成像,信噪比可低至2.8438 dB,DMD单位像素上的平均光子数可低于1.106 count/s,成像的关键在于信号的波动大于噪声的波动.该成像系统基本满足了极弱光成像探测在光强、灵敏度和采样数等方面的要求.