一种基于ICMOS的自适应多模式紫外成像探测系统

本申请属于图像处理、紫外探测、电子学设计领域，具体涉及一种基于icmos的自适应多模式紫外成像探测系统。

背景技术：

1、深空探测的范围涵盖月球、行星、行星间以及星际空间，这一广泛的探索对于我们更深入地理解地球、探究太阳系的形成和宇宙的演变至关重要。同时，深空探测也为太阳系的勘测、探索和未来的定居提供了必要的基础。在这个过程中，紫外-远紫外波段(50-380纳米)的遥感探测显得尤为关键，常被用于对太阳系内天体的观测和研究。然而，该波段探测信号十分微弱，容易受到环境和探测器本身因素的影响，因此用于深空探测的成像传感器必须具备低噪声和高灵敏度的特性，以有效地捕获和处理这些信号。

2、目前深空探测常采用icmos和位敏阳极作为紫外波段探测器。icmos(intensifiedcmos)是一种将像增强器与cmos传感器结合的成像技术。icmos成像过程会在各个阶段引入噪声，包括各级涨落噪声、mcp背景噪声、荧光屏颗粒噪声和cmos固有噪声等，在探测信号强时icmos系统能有效探测紫外信号，但当光信号较弱时，荧光屏成像信号伴随的聚合性光斑极大地影响成像质量，会影响甚至淹没有效信号，此时通过icmos系统不能有效探测。位敏阳极可采用光子计数模式针对单光子级信号探测成像，但是其往往含有大量噪声，信噪比和分辨率普遍较差，且探测时间长，时间分辨率较差。

3、当前存在的紫外探测手段受限于单一探测模式，无法灵活适应不同的探测环境，缺乏对多种探测模式的兼容性。此外，现有系统无法根据探测环境的变化自动选择最佳的成像方式。鉴于此种问题，迫切需要提出一种新型的基于icmos技术的自适应多模式紫外成像探测系统，以满足不同环境下的实时高效探测需求。

技术实现思路

1、本申请的目的在于克服现有紫外探测手段受限于单一探测模式，无法灵活适应不同的探测环境的缺陷。

2、为了实现上述目的，本申请提出了一种基于icmos的自适应多模式紫外成像探测系统，包括像增强器、cmos图像传感器、fpga和上位机；光信号经过像增强器形成光学图像，由cmos图像传感器采集后经fpga发送到上位机；

3、所述系统的工作过程包括：

4、判断当前探测环境的亮度，当探测环境亮度强时，使用cmos图像传感器直接成像；当探测环境亮度弱时，通过cmos图像传感器对图像处理后进行光子计数成像。

5、作为上述系统的一种改进，所述判断当前探测环境的亮度，包括：

6、通过fpga采集设定曝光时间的检测图像，计算图像均值和图像中灰度值超过第一设定灰度阈值的像素个数n；

7、当超过第一设定灰度阈值，且n超过设定数量阈值时，探测环境亮度为强；否则探测环境亮度为弱。

8、作为上述系统的一种改进，所述使用cmos图像传感器直接成像，包括：

9、由fpga控制cmos图像传感器的寄存器配置和曝光时序，接收cmos图像传感器的图像数据，经fpga内ram储存整理图像各通道数据后发送到上位机。

10、作为上述系统的一种改进，所述fpga将图像数据通过camera link时序发送到上位机。

11、作为上述系统的一种改进，所述通过cmos图像传感器对图像处理后进行光子计数成像，包括：

12、在设定时间内对同一场景采集多次图像；

13、对每一幅图像，通过fpga并行流水线使用卷积方式判断图像的有效光子点；

14、对所有图像上相同位置的有效光子点进行累加，实现光子计数探测。

15、作为上述系统的一种改进，所述判断图像的有效光子点，包括：

16、对于图像上一个点(x,y)，判定其为有效光子的条件是其灰度值f(x,y)满足：

17、

18、其中，f_ph表示第二设定灰度阈值。

19、与现有技术相比，本申请的优势在于：

20、1、实时高效探测：通过自适应多模式成像方法，系统能够根据不同的光强环境自动调整成像模式，实现对紫外信号的实时高效探测。

21、2、高质量成像：系统利用icmos技术结合像增强器和cmos图像传感器，能够提供高质量的紫外成像，有效捕捉目标信息，具有较高的图像分辨率和清晰度。

22、3、灵活应对不同场景：通过直接成像和光子计数成像两种工作模式，系统能够灵活应对不同光强环境下的成像需求，同时保证成像质量和精度。

23、4、自动化控制：系统集成了fpga作为控制核心，能够实现自动化控制和实时数据处理，提高了系统的稳定性和可靠性。

技术特征：

1.一种基于icmos的自适应多模式紫外成像探测系统，包括像增强器、cmos图像传感器、fpga和上位机；光信号经过像增强器形成光学图像，由cmos图像传感器采集后经fpga发送到上位机；

2.根据权利要求1所述的基于icmos的自适应多模式紫外成像探测系统，其特征在于，所述判断当前探测环境的亮度，包括：

3.根据权利要求1所述的基于icmos的自适应多模式紫外成像探测系统，其特征在于，所述使用cmos图像传感器直接成像，包括：

4.根据权利要求3所述的基于icmos的自适应多模式紫外成像探测系统，其特征在于，所述fpga将图像数据通过cameralink时序发送到上位机。

5.根据权利要求1所述的基于icmos的自适应多模式紫外成像探测系统，其特征在于，所述通过cmos图像传感器对图像处理后进行光子计数成像，包括：

6.根据权利要求5所述的基于icmos的自适应多模式紫外成像探测系统，其特征在于，所述判断图像的有效光子点，包括：

技术总结本申请提供了一种基于ICMOS的自适应多模式紫外成像探测系统，包括像增强器、CMOS图像传感器、FPGA和上位机；光信号经过像增强器形成光学图像，由CMOS图像传感器采集后经FPGA发送到上位机；所述系统的工作过程包括：判断当前探测环境的亮度，当探测环境亮度强时，使用CMOS图像传感器直接成像；当探测环境亮度弱时，通过CMOS图像传感器对图像处理后进行光子计数成像。本申请的优势在于：通过自适应多模式成像方法，系统能够根据不同的光强环境自动调整成像模式，实现对紫外信号的实时高效探测；系统集成了FPGA作为控制核心，能够实现自动化控制和实时数据处理，提高了系统的稳定性和可靠性。技术研发人员：罗一夫,付利平,贾楠,王天放,李睿智受保护的技术使用者：中国科学院国家空间科学中心技术研发日：技术公布日：2024/7/18