[发明专利]基于单光子灵敏度的夜视成像系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于单光子灵敏度的夜视成像系统及方法，包括图像传感器，上述图像传感器前端设有摆镜单元，上述摆镜单元与接收信号光的采光系统相对应，上述摆镜单元后端设有与图像传感器对应的扩束单元，上述摆镜单元用于将采光系统输出的入射光束分割成N份，并分时传输到扩束单元，上述扩束单元用于将入射光束扩束后传递至图像传感器；上述图像传感器包括光子探测器，由光子探测器作为图像传感器的像素，上述图像传感器将待处理信号传输至分析系统，由分析系统通过信号数据获取图像信息，以期望通过夜视成像系统，使成像系统能够达到单光子量级，并克服使用单光子探测器成像时分辨率不足的问题。

技术领域

本发明涉及夜视成像技术，具体涉及一种基于单光子灵敏度的夜视成像系统及方法。

背景技术

现有的夜视成像技术主要通过CMOS图像传感器将镜头采集到的光信号转化为电子信号，当光信号照射到CMOS图像传感器时，发生光电效应在像素单元内产生相应的电荷，由行像素单元内的图像信号通过各自所在列的信号总线传输到对应的模拟信号处理单元以及A/D转换器，并转换成数字图像信号输出。

在暗夜环境下使用CMOS图像传感器一般成像为单色图像；是因为CMOS图像传感器主要采用被动成像的工作形式，在微光条件下, CMOS图像传感器的感光灵敏度不高,彩色图像的形成需要采用滤镜对光束进行过滤，会导致作用在CMOS图像传感器上的光束强度再次降低，由此，可能会导致CMOS图像传感器在感光过程中受限，可能无法形成清晰图像。

随着科学进步，逐步采用矩阵APD作为图像传感器，虽然APD图像传感器能够在较低的单光子量级上进行成像，但是矩阵APD的像素量分布远不如CMOS图像传感器，虽然能够在暗夜环境中的图像采集，但是受限于APD的像素量不足，故在实际运用过程中需要增加图像传感器上APD的集成数量以满足像素需求，但是该方式容易导致APD图像传感器的体积增大；在相同体积下，APD图像传感器的分辨率远低于CMOS图像传感器，且APD图像传感器的体积也会直接影响成像系统安装难度和运用场景，因此，如何在单光子灵敏度的前提下进行成像，保持良好的成像品质并降低APD的集成数量是值得研究的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于单光子灵敏度的夜视成像系统及方法，以期望通过夜视成像系统，使成像系统能够达到单光子量级，并克服使用单光子探测器成像时分辨率不足的问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于单光子灵敏度的夜视成像系统，包括图像传感器，上述图像传感器前端设有摆镜单元，上述摆镜单元与接收信号光的采光系统相对应，上述摆镜单元后端设有与图像传感器对应的扩束单元，上述摆镜单元用于将采光系统输出的入射光束分割成N份，并分时传输到扩束单元，上述扩束单元用于将入射光束扩束后传递至图像传感器；上述图像传感器包括光子探测器，由光子探测器作为图像传感器的像素，上述图像传感器将待处理信号传输至分析系统，由分析系统通过信号数据获取图像信息。

进一步的技术方案是，上述光子探测器与光子计数器之间还设有处理电路，上述处理电路包括脉冲放大器、脉冲展宽电路、比较器，上述脉冲放大器用于将光子探测器输出的电脉冲信号放大；上述脉冲展宽电路用于宽展放大后的电脉冲信号；上述比较器用于将电脉冲信号转换成标准电平，由光子计数器对比较器输出的电脉冲信号进行光子计数。

更进一步的技术方案是，上述图像传感器上还设有阈值调节器，上述阈值调节器与比较器信号连接，由阈值调节器设置比较器的阈值参数。

作为优选，上述摆镜单元包括摆镜和闭环反馈系统，通过闭环反馈系统控制摆镜在轴向和纵向上摆动。

进一步的技术方案是，上述摆镜入射光束反射到扩束单元，上述扩束单元为扩束镜，上述扩束镜用于将入射光束扩束至与图像传感器相对应。

作为优选，上述摆镜单元前端或后端设有光衰减器，由光衰减器调节信号光的光束强度至设备工作范围内。