【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于单光子单像素成像，具体涉及一种基于平均脉冲数估计强度的单光子单像素成像方法。
技术介绍
1、传统成像技术方法在传播过程中受到吸收、散射、湍流和复杂的光与物质相互作用效应的影响，难以获得清晰的水下图像。单像素成像具有灵敏度高、抗干扰和工作波长宽等特点，在弱光、特殊波段和提高成像距离等方面具有显著优势，有望成为下一代重点开发的信息获取技术。然而，目前单像素成像方法缺乏深入探究成像散射物理机制导致信息恢复不佳以及耗时的采样时间使得难以获得目标物体动态实时信息恢复，严重制约着该技术在水下成像探测方面的推广应用。
2、单光子单像素成像技术使用高灵敏度的单光子探测器，能够探测单个光子事件。这种高灵敏度使得该技术在光强极为微弱的环境中依然能够进行有效成像，这在常规光学成像技术中是难以实现的。单光子探测器能够在极短的时间尺度上记录光子到达的时间，这不仅使得单光子探测器能够捕捉到快速动态事件，还使得单光子探测器具备高时间分辨率的成像能力。此外，单光子单像素成像技术还具有较强的穿透能力，在许多应用场景中，单光子探测器能够有效穿透障碍物，从而实现对深层结构或远距离目标的成像。这一特性使得单光子单像素成像技术在生物医学、环境监测、天文观测等领域具有广泛的应用潜力。单光子单像素成像还能够与其他成像技术（如超分辨率显微镜、量子成像技术等）结合，进一步提高成像的空间分辨率和时间分辨率。通过多模态成像，能够同时获得不同尺度的图像数据，从而实现更加全面和精确的成像效果。随着量子技术的不断发展，单光子单像素成像技术有望在更多领域实现广泛应
3、本申请专利技术人在实现本专利技术实施例技术方法的过程中，至少发现现有技术中存在如下技术问题：
4、传统的时间相关单光子计数成像方法需要较多的光子数才能有效恢复目标物体的信息。由于每个光子事件都必须精确记录时间，时间相关单光子计数器生成的数据量非常庞大，导致存储需求高、数据处理复杂、计算开销大。此外，由于光子事件需要逐一计数和处理，导致成像速度较慢，尤其在面对高强度或快速变化的信号时，往往难以实现实时高质量图像的获取。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种基于平均脉冲数估计强度的单光子单像素成像方法，区别于相较传统的时间相关单光子计数成像方法，本方法能够利用更少的光子数来实现目标物体的信息恢复。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种基于平均脉冲数估计强度的单光子单像素成像方法，包括以下步骤：
4、步骤s1、超连续谱脉冲激光器发出的脉冲光经过衰减器和扩束镜照射到数字微镜器件上，数字微镜器件上的基底照明图案编码入射光，通过第一透镜聚焦传输照射到目标物体上，目标物体透射的光子信号通过第二透镜由单光子雪崩二极管接收，输入到tcspc模块，记录每一个单光子事件；
5、步骤s2、将记录的每一个单光子事件的脉冲数进行平均处理得到不同光子数的平均脉冲数；
6、步骤s3、利用不同光子数的平均脉冲数来进行强度估计得到平均脉冲数估计强度，并对目标物体进行信息恢复得到目标物体的图像；
7、步骤s4、基于目标物体的图像，通过计算不同图像质量指标来评估目标物体的成像质量。
8、可选的，步骤s2中所述的平均脉冲数表示为：
9、，
10、上式中，表示第个基底照明图案的第个光子到达之前的脉冲数， m表示总光子数，表示第个基底照明图案所对应的平均脉冲数。
11、可选的，步骤s3中所述的平均脉冲数估计强度表示为：
12、，
13、上式中，表示第个基底照明图案的总强度，表示第个基底照明图案所对应的平均脉冲数。
14、可选的，步骤s3中目标物体的图像表示为：
15、，
16、上式中，表示目标物体的图像， k表示基底照明图案的数量，表示第个基底照明图案的强度值，表示第个基底照明图案所对应的平均脉冲数，表示第个基底照明图案的强度平均值。
17、可选的，步骤s4中图像质量评估指标具体为图像像素点灰度值的方差和图像的brenner值。
18、可选的，所述图像像素点灰度值的方差的公式为：
19、，
20、上式中，表示选取范围内图像像素点灰度值的方差，a表示选取范围内像素点的总数，表示坐标在的像素点的灰度值，表示选取范围内像素点的灰度值的平均值。
21、可选的，所述图像的brenner值的公式为：
22、，
23、上式中，b表示图像的brenner值，表示坐标在的像素点的灰度值，表示选取范围内像素点的横坐标，表示选取范围内像素点的纵坐标。
24、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
25、1、相较传统的时间相关单光子计数成像方法，本专利技术的一种基于平均脉冲数估计强度的单光子单像素成像方法的成像速度更快，能够面对高强度或快速变化的信号，实现实时高质量图像的获取。由于在本专利技术的一种基于平均脉冲数估计强度的单光子单像素成像方法中，时间相关单光子计数器不需要记录每一个光子事件，生成的数据量较少，导致存储需求低、数据处理简单、计算开销低，便于实时分析。本专利技术的一种基于平均脉冲数估计强度的单光子单像素成像方法在一定程度上减少背景噪声的影响，尤其在背景信号较强的情况下，依旧能提供较为清晰的图像。
26、2、本专利技术一种基于平均脉冲数估计强度的单光子单像素成像方法对超低弱光成像应用领域提供了重要的理论和技术指导意义。
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1.一种基于平均脉冲数估计强度的单光子单像素成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中所述的平均脉冲数表示为：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中所述的平均脉冲数估计强度表示为：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中目标物体的图像表示为：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中图像质量评估指标具体为图像像素点灰度值的方差和图像的Brenner值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述图像像素点灰度值的方差的公式为：
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述图像的Brenner值的公式为：
【技术特征摘要】
1.一种基于平均脉冲数估计强度的单光子单像素成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s2中所述的平均脉冲数表示为：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3中所述的平均脉冲数估计强度表示为：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3中目标...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏灿，王怡博，唐荣欣，鄢伟超，熊俊奕，蔡孟强，代国红，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：
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