论文总字数：24673字

摘 要

近年来，光子计数成像系统已经成为光电领域的研究热点，利用集成传感器的ASIC专用芯片对目标图像进行强度采样逐渐成为高性能与低功耗发展的有效途径，但其数据处理与图像逐渐成为一大难题。基于硬件处理的系统复杂度较高，灵活性较差，在开发过程中会增加风险和成本。相反，使用LabVIEW软件使得开发过程可以重复进行且灵活配置，大大降低研发的成本，缩短项目的周期。基于LabVIEW的光子计数成像系统是光子计数成像技术的关键部分，具有较强的应用价值，且具体实现的可行性较高。

本文的主要工作为：分析光子计数读出电路芯片的输出数据特性，根据分析结果在LabVIEW上进行数据处理与灰度成像的软件设计，并将其与实验室已有的硬件平台与部分软件设计相结合，搭建完成成像系统，并对芯片进行成像验证。系统运行过程为：通过伺服电机带动线性扫描位移台的运动，同时数据采集卡采集读出电路芯片的输出信号，并将数据上传至上位机软件中进行分析处理，得到目标物体的灰度图像。

本文中提出的基于LabVIEW的光子计数成像测试系统，可以对单光子探测感应到的数据进行可靠识别、传输、转换等处理，最终以三维图和灰度图的形式进行成像显示。

关键词：LabVIEW，光子计数成像，数据处理，灰度图

Abstract

Recent years, the photon counting imaging system has become a hotspot in the field of optoelectronics. Intensity sampling of the target image using an ASIC dedicated chip with an integrated sensor has gradually become an effective way for the development of high performance and low power consumption. But its data processing and imaging gradually become a big problem. The complexity of hardware-based processing systems is high and the flexibility of deployment for application environment changes is poor, increasing risks and costs during development. On the contrary, LabVIEW can make the development process repeatable and flexible, and reduce the cost of Ramp;D and shorten the project cycle.The photonic imaging system based on LabVIEW is a key part of photon counting imaging technology and has strong application value, and the feasibility of specific implementation is high.

The main work of this paper was to analyze the characteristics of the output data which from the photon counting readout circuit chip, and to design the software for data processing and grayscale imaging in LabVIEW . Then combined it with the existing hardware platform and some software design. In combination, the imaging system was set up and the chip could be imaged and verified. The system’s running process was: Using a servo motor to drive the movement of the linear scanning displacement stage. At the same time, the output signal of the readout circuit chip was acquired through a data acquisition card, and the data was uploaded to the host computer software for analysis and processing to obtain a grayscale of the target object.

The photonic imaging test system based on LabVIEW proposed by ZHU Xiangxiang can reliably identify, transfer, and convert data sensed by single photon detection and displayed it on LabVIEW.

KEY WORDS: LabVIEW, Photon imaging, Data processing, Grayscale

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.1.1 光子计数成像技术 1

1.1.2 虚拟仪器技术 1

1.2 国内外研究现状及发展趋势 2

1.3 论文研究目标及内容 2

1.4 论文组织结构 3

第二章 光子计数成像理论及系统设计指标 4

2.1 光子计数成像原理 4

2.2 系统技术指标 6

第三章 系统整体结构和设计平台介绍 7

3.1 光子技术成像测试系统的整体结构 7

3.2 光子技术成像测试系统的硬件平台 8

3.3 光子计数成像测试系统的软件平台 9

3.3.1 LabVIEW软件平台简介 9

3.3.2 二维转台控制程序介绍 10

3.3.3 芯片数据采集程序介绍 11

3.4 本章小结 13

第四章 系统的数据处理与成像程序及总程序 14

4.1 数据处理与成像实现程序 15

4.1.1 芯片数据分析与处理 15

4.1.2 三维图成像程序 16

4.1.3 灰度图成像程序 17

4.1.4 CCD相机采集程序 20

4.2 成像实现总体程序 21

4.3 本章小结 23

第五章 系统验证与分析 24

5.1 验证过程及结果 24

5.2 结果分析 27

5.3 本章小结 28

第六章 总结与展望 29

6.1 工作总结 29

6.2 不足与展望 29

致谢 31

参考文献 32

绪论

研究背景及意义

光子计数成像技术

过去的40年内，量子信息技术得到飞速发展，各界对其的研究日益增加，且已经取得了很多硕果。在这项研究范围内，光子计数成像技术又因其关键性得到了更多的关注。目前，国内外在光子探测技术的研究开发方面基本处在同一起跑线^[1]。

随着光子计数成像技术的发展，光子计数系统在各大领域有了广泛的应用，例如生物光子学、军事视觉以及加密系统等等。尤其是随着系统生物学的出现，光子计数与医学之间的关系不断被深入研究。开发更能反映系统组织动态的新型光子计数统计方法。此外，将光子探测与其他类型的测量（如代谢组学）相结合并进行关联的努力是理解人体复杂性的关键。有充分的证据表明，这方面的研究的进一步发展，将极大促进对健康或疾病监测的系统的进步^[2]。

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