Sistemas de conteo de fotones únicos correlacionados en el tiempo embebidos en FPGA de alta precisión multicanal para...

Área de la Ciencia:

• Fotónica e Ingeniería Óptica
• Visión por Computadora
• Procesamiento de Señales

Sus antecedentes:

• Las imágenes de dispersión son cruciales para aplicaciones industriales como la teledetección y la conducción autónoma.
• Los sistemas existentes de conteo de fotones únicos correlacionados en el tiempo (TCSPC) enfrentan limitaciones en rendimiento y linealidad.
• La visualización de objetos a través de medios de dispersión sigue siendo un desafío importante.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un sistema TCSPC multicanal de alta linealidad con resolución temporal mejorada.
• Introducir un novedoso método de reconstrucción de imágenes para imágenes de dispersión utilizando aprendizaje profundo.
• Demostrar la capacidad del sistema para visualizar objetos oscurecidos por medios de dispersión.

Principales métodos:

• Implementación de un sistema TCSPC multicanal en una FPGA Xilinx UltraScale.
• Se logró una resolución temporal de 10 ps con alta linealidad.
• Se desarrolló un marco de reconstrucción de imágenes plug-and-play (PnP) que integra modelos de dispersión con redes neuronales de eliminación de ruido FFDNet (2D) y FastDVDnet (3D).

Principales resultados:

• El sistema TCSPC propuesto demostró una resolución temporal de 10 ps.
• Se logró una no linealidad diferencial dentro de [-10, 9.9] ps y una no linealidad integral dentro de [-14, 9.9] ps.
• Se visualizaron con éxito escenas complejas oscurecidas por medios de dispersión a través de experimentos de imágenes confocales y simulaciones.

Conclusiones:

• El sistema TCSPC multicanal desarrollado ofrece un rendimiento superior para aplicaciones de imágenes de dispersión.
• El novedoso método de reconstrucción PnP mejora significativamente la calidad de la imagen en medios de dispersión.
• El sistema integrado muestra un gran potencial para aplicaciones industriales que requieren capacidades avanzadas de imagen.