多通道高精度FPGA嵌入式与时间相关的单光子计数系统用于光学散射成像
Optics express
|December 19, 2025
概括
本研究介绍了一种用于散射成像的新型多通道时间相关单光子计数 (TCSPC) 系统. 该系统通过使用先进的基于神经网络的重建,通过散射介质实现高质量的成像.
科学领域:
- 光子学和光学工程 光子学和光学工程
- 计算机视觉 计算机视觉
- 信号处理 信号处理
背景情况:
- 散射成像对于工业应用,如遥感和自动驾驶至关重要.
- 现有的与时间相关的单光子计数 (TCSPC) 系统在性能和线性方面面临限制.
- 通过散射介质可视化物体仍然是一个重大挑战.
研究的目的:
- 开发一个高线性,多通道的TCSPC系统,具有增强的时间分辨率.
- 通过深度学习引入一种用于分散图像的新型图像重建方法.
- 为了证明系统在可视化被散射介质遮蔽的对象的能力.
主要方法:
- 在Xilinx超级尺度FPGA上实现多通道TCSPC系统.
- 实现了10 ps的时间分辨率,具有高线性.
- 开发了一个PnP图像重建框架,将散射模型与FFDNet (2D) 和FastDVDnet (3D) 集成,对神经网络进行反.
主要成果:
- 拟议的TCSPC系统显示时间分辨率为10ps.
- 在 [-10,9.9] ps 内实现了差异非线性,在 [-14,9.9] ps 内实现了积分非线性.
- 通过对焦成像实验和模拟,成功地可视化了被散射介质所掩盖的复杂场景.
结论:
- 开发的多通道TCSPC系统为散射成像应用提供了卓越的性能.
- 新的PNP重建方法显著提高了散射介质中的图像质量.
- 综合系统显示了工业应用的巨大潜力,需要先进的成像能力.
