基于EMCCD的光子计数成像方法及实验研究

摘要

近年来，微光夜视成像技术迅速发展，获取高质量的目标图像成为微光成像系统的主要目的，这就需要具有更高探测灵敏度和信噪比的光电成像器件。EMCCD是一种新型的微光成像器件，它区别于普通CCD的地方在于倍增寄存器的存在，具有灵敏度高、信噪比高、动态范围广以及全固态结构和单光子探测能力等优点，这使EMCCD在微光成像领域蕴含着巨大潜力。
　　 本篇文章就EMCCD的基本特性以及它在光子计数成像中的应用进行了研究，首先介绍了EMCCD的结构和工作原理，详细分析了EMCCD的主要性能参数，包括倍增噪声、转换增益、倍增增益、时钟感生电荷、暗计数等。然后对EMCCD倍增寄存器中输出电子的分布进行建模并仿真，并研究了EMCCD的信噪比理论模型，为光子计数成像方法的研究奠定了基础，提供了可靠的参数标准。
　　 基于统计光学理论建立EMCCD的成像仿真模型，模拟实现了光子计数成像的成像过程，并以理论研究和仿真模型为基础，搭建EMCCD的光子计数成像实验平台，在低照度环境下对目标进行成像探测，并采用多帧累加和归一化处理，得到了效果较好的光子计数图像。同时研究了实验条件参数的设置对光子计数成像效果的影响。实验结果证明，基于EMCCD的光子计数成像为在微光成像探测领域提高探测灵敏度和信噪比提供了一种切实可行的方法。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 微光成像技术

1．2 国内外研究现状

1．3 课题研究背景及意义

1．4 本文的主要研究内容

2 EMCCD工作原理及性能参数

2．1 EMCCD结构及工作原理

2．2 EMCCD的主要性能参数

2．2．1 倍增噪声

2．2．2 转换增益

2．2．3 倍增增益

2．2．4 时钟感生电荷

2．2．5 暗电流

3 EMCCD输入输出特性的模型及仿真

3．1 EMCCD输出电子的概率分布

3．2 数值模拟的结果

3．3 EMCCD的信噪比模型

4 EMCCD的光子计数图像的仿真与实现

4．1 光子计数成像原理

4．1．1 光子计数分布

4．1．2 光子反射理论

4．1．3 多帧累加方法

4．2 仿真

5 基于EMCCD的光子计数成像实验

5．1 EMCCD光子计数成像实验平台

5．2 光子标定

5．3 实验研究

6 结束语

致谢

参考文献