为解决弱光环境下月球着陆粗避障环节成像不清晰的问题，提出了“区域”像元合并和去除相机本底值两种图像预处理方法，来提高探测器的成像灵敏度和图像信噪比与对比度。在分析传统像元合并实现原理的基础上，提出了一种针对n_taps成像数据格式的“区域”像元合并方法。根据月球着陆粗避障环节中大尺度障碍识别的特点，通过去除相机本底值来提高图像的对比度。最后，利用宽、窄视场两款相机分别对像元合并、去除相机本底值以及两者结合的方法进行了重复性实验。实验结果表明，在弱光环境下，结合像元合并与去除相机本底值的方法可有效提高图像的信噪比与对比度，2_Binning模式下宽视场相机的信噪比可提高5.901 4 dB、对比度可提高0.254 7，窄视场相机的信噪比可提高5.764 4 dB、对比度可提高0.265 4；4_Binning模式下宽视场相机的信噪比可提高11.689 9 dB、对比度可提高0.210 2，窄视场相机的信噪比可提高11.401 5 dB、对比度可提高0.284 0。

为了实现二维平面上以单光子的灵敏度探测光强分布,提出了一种基于多阳极光电倍增管的阵列型光子计数器。并通过高频甄别技术和等幅放大技术实现对光电脉冲的低噪声恒定放大、解串扰技术消除相邻像素间的串扰影响,最终完成了8×8阵列型光子计数器的研制。测试结果表明,本阵列型光子计数器的单像素的最大计数率为100MCPS,峰值光子探测效率约21.2％,帧频最高可以达到10 kHz,在1.8 m望远镜平台上可以稳定探测10等星以内的暗弱天体。

基于UMC 0.18μm CMOS工艺，提出一种适合紫外/蓝光探测的探测器，该器件由栅体互联的NMOS晶体管和横向/纵向光电二极管构成.其中，浅结的光电二极管由UMC工艺中Twell层（浅P阱）和Nwell层形成，以增强其对紫外/蓝光的吸收，栅体互联的NMOS晶体管可以放大光电流，提高探测器的灵敏度和动态范围.仿真结果表明，本文设计的紫外/蓝光探测器具有低的工作电压和暗电流，对300~550 nm波长范围的光具有高的响应度和宽的动态范围.在弱光条件下（光强小于1 μW/cm2），响应度优于105 A/W，随着光强增大，响应度逐渐降低，但总体仍超过103 A/W.

利用单光子计数技术对微弱光进行探测具有与其他模拟法相比的多个优势, 如有好的抗漂移性、高的信噪比、较宽的线性区等。线性性能是探测器的基本性能之一, 利用叠加法和距离平方反比法测量单光子计数探测系统的线性范围, 当非线性因子为0.05时, 利用叠加法实验测得系统线性响应计数率为3.9×105Counts/s, 利用距离平方反比法实验测得系统线性响应计数率为5×105Counts/s。结果表明, 两种方法测得响应线性度一致性较好。分析了电子学系统的漏计误差对探测器系统线性范围的影响。实验表明, 通过缩短电子学系统中甄别器的死区时间(td)可以提高系统的线性范围。

针对全反射傅里叶变换成像光谱仪存在入射光能浪费的问题, 对其中的菲涅尔双面镜提出了一种改进型结构, 将原相连的菲涅尔双面镜分开一定距离, 同时将分离后的两块平面镜各自围绕光轴向上移动适当距离, 使其围绕光轴上下对称的干涉场仅在光轴的上方分布。仿真研究表明, 改进后的双面镜结构可使入射光能的利用率提高一倍, 同时干涉条纹傅里叶变换的分辨率提高一倍。这对提升全反射傅里叶变换成像光谱仪的弱光检测能力和拓展其光谱检测范围具有重要意义。

通过采用无源抑制方法对雪崩光电二极管的弱光探测技术进行了研究，分析了工作在盖革模式下的InGaAs APD的特性。利用APD两端的偏置电压VB在其雪崩后趋于稳定的特性，确定了其雪崩暗击穿电压，并且在水冷温控系统中，测得了APD雪崩暗击穿电压与温度的关系。结果表明，APD的雪崩暗击穿电压随着温度的上升而增大，光子群（弱光）到达时，APD探测到的在某一幅值处的脉冲数明显增加，其脉冲幅度也将增大。

20世纪80年代发展起来的光子计数成像系统有极高的灵敏度,原理上可探测单个光子及其空间位置 ,因此可以探测到极弱的光子图像.随着微光像增强技术和弱光成像器件的发展,光子计数成像技术近年来发展很快并日趋成熟,光子计数成像在**、天文学、物理学、化学、生物学、量子电子学等领域得到了广泛应用.介绍了光子计数成像的原理、技术特点及其应用.