1 天津大学微电子学院, 天津 300072
2 天津市成像与感知微电子技术重点实验室, 天津 300072
量子图像传感器(QIS)在不同的过采样位深下信息冗余程度和动态范围(DR)不同,对于读出电路的要求也不同。研究了QIS成像过程中引入的读噪声,优化了QIS成像的数学模型。在动态范围和失调容限的约束下,得到了子像素过采样的最优位深。仿真结果表明,当QIS的成像位深为12 bit、等效满阱容量为4095 electron时,子像素过采样的最佳比特位深是3,为保证区间误码率小于千分之一,读出电路失调应低于0.22 electron。根据采样策略,设计了一种基于复用结构的flash型低噪声读出电路。相对于传统flash型模数变换器(ADC),所提ADC比较器的个数减少了4个,采样频率为10 MSa/s时,功耗降低了17.5%;采样频率为1 MSa/s时,ADC的功耗为116 nW,ADC的失调为0.196 electron。
统计光学 光子计数 量子图像传感器 过采样策略 动态范围 低功耗 低失调 激光与光电子学进展
2021, 58(24): 2403001
1 云南中烟工业有限责任公司技术中心, 云南 昆明 650023
2 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
3 中国昆仑工程有限公司吉林分公司, 吉林 吉林市 132000
4 红云红河烟草(集团)有限责任公司, 云南 昆明 650231
卷烟主流烟气是卷烟燃烧时被人体吸食到体内的主要气体, 其减焦降害已成为全社会高度关注的问题。 在各种卷烟主流烟气组分中, 巴豆醛以其强烈的基因毒性, 成为国家规定的卷烟中七种主要有害指标物之一。 传统的巴豆醛分析方法大都采用高效液相色谱法等实验室分析方法, 需繁琐的样品前处理过程, 无法测量巴豆醛的实时浓度, 难以准确评估巴豆醛对人体健康的影响。 为了快速、 准确地检测卷烟主流烟气中的巴豆醛组分, 本研究搭建了一套可以直接与吸烟机耦合的傅里叶红外光谱分析系统(FTIR), 并创新性开发过采样数据驱动光谱分析方法(ODDSA), 从复杂、 变动的卷烟主流烟气中准确提取巴豆醛的光谱组分信息。 ODDSA方法从实验设计入手, 采用随机设计的思路尽可能模拟实际卷烟样品的分布范围, 以构建具备良好光谱数据结构的样品集。 在此基础上, 创新性地将高密度小波变换引入红外光谱数据的处理过程中, 以时/频双域过采样的方式提升了光谱解析分辨率, 进而降低了其他基质组分对巴豆醛光谱信息的干扰。 最后, 发展改良竞争自适应重加权采样方法, 从多倍冗余的高密度小波系数中准确提取待测物质的最佳变量组合, 由此构建高质量的巴豆醛光谱定量分析模型。 为了验证ODDSA方法的有效性, 实验中采集了15种典型市售卷烟品牌, 每个品牌在线采集8支样品的主流烟气红外光谱, 随后采用随机挑选的25个验证集样本对ODDSA方法进行验证。 结果表明, 检验集的线性拟合系数为0.971, 相对均方根误差为5.5%, 其预测精度能有效满足卷烟主流烟气中巴豆醛的在线分析需求, 并可拓展到环境二手烟气中其他组分的在线监测, 进而为吸烟与健康评估提供全新手段。
过采样数据驱动光谱分析方法 卷烟主流烟气 巴豆醛 在线分析 Oversampling data driven spectral analysis Cigarette mainstream smoke Crotonaldehyde On-line analysis 光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2450
中国兵器装备集团 上海电控研究所, 上海200092
为了实现高精度分布式温度传感的精确采样, 论述了一种基于动态过采样技术的光纤喇曼散射温度传感系统。系统采用现场可编程门阵列(FPGA)动态调整采样时钟相移的方法, 实现了对斯托克斯信号和反斯托克斯信号的空间动态过采样, 对250 MHz采样时钟实现了4倍空间过采样, 等效采样率达到1 GHz。该方法能够很好地捕获纳秒级散射光脉冲, 具有长距离、高分辨率的温度探测能力。
光纤温度传感器 信号处理 动态过采样 optical fiber temperature sensor signal processing dynamic oversampling
1 中国科学院 合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 国家卫星气象中心, 北京 100081
为了实现星载成像仪的月球绝对辐射定标, 在轨对月观测数据的预处理环节需要完成两方面的任务: 一是从全部的冷空视场数据中, 准确判识出月亮进入冷空视场的时刻; 二是将对月观测原始计数值换算为全圆盘辐照度, 以便与月球辐射模型比较。具体到中分辨率光谱成像仪(MERSI), 本文从MERSI观测模式出发构建出月亮进入冷空视场的阈值判识模型。根据MERSI对月观测的成像几何和定标公式, 分别以单探元多帧扫描图像和多探元单帧扫描图像为基础, 构建出月球全圆盘辐照度算法。结果显示, 阈值判识模型可以实现从平均约30 d的观测数据中, 准确标记出约1 min的月亮图像数据。两种计算辐照度的方法得到的辐照度平均差异约0.9%。所提方法可以将原始的对月观测数据计算为辐照度值, 为进一步的绝对辐射定标及误差分析提供基础, 同时, 也可以为类似的成像遥感器的月亮定标工作提供参考。
月球定标 中分辨率光谱成像仪 星载成像仪 月球辐照度 过采样 lunar calibration Medium Resolution Spectral Imager (MERSI) imager lunar irradiate over sample
针对红外过采样扫描成像特点,提出一种基于深度卷积神经网络的红外点目标检测方法.首先,设计回归型深度卷积神经网络以抑制扫描图像杂波背景,该网络不含池化层,输出的背景抑制图像尺寸与输入图像一致；其次,对抑制后的图像进行门限检测,提取候选目标小区域原始数据；最后,将候选目标区域数据依次输入分类型深度卷积神经网络以进一步判别目标、剔除虚警.生成大量过采样训练数据有效训练两个深度网络.结果表明,在不同杂波背景下,该方法在目标信杂比增益、检测概率、虚警概率和运算时间等方面,均优于典型红外小目标检测方法,适用于红外过采样扫描系统的点目标检测.
模式识别与智能系统 点目标检测 卷积神经网络 红外过采样扫描 深度学习 pattern recognition and intelligent systems point target detection convolution neural network infrared over-sampling scanning deep learning
燕山大学信息科学与工程学院河北省特种光纤与光纤传感重点实验室， 河北 秦皇岛 066004
显微热成像系统可对物体细微温度分布进行显微检测。研制了光学微扫描显微热成像系统，但机械振动、机械加工等产生的误差会导致微扫描系统产生误差，由微扫描系统采集的4幅低分辨率图像的微位移位置不是标准的正方形，使得由这些带有误差的图像直接插值得到的图像重建质量下降，因此需降低微扫描系统的误差。基于微扫描原理和图像插值方法，提出一种由非标准2×2微扫描图像获得标准2×2微扫描图像的微扫描误差修正方法。仿真和实验结果表明，所提方法能有效减小微扫描误差，进而提高光学微扫描显微热成像系统的空间分辨率。所提方法还可以应用到其他光电成像系统中，以提高系统空间分辨率。
图像处理 显微热成像系统 过采样重构 空间分辨率 光学微扫描 激光与光电子学进展
2018, 55(5): 051103
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
为解决传统“Brault”采样方法中参考信号过零点计算复杂、耗时较多的问题, 提出了基于傅里叶插值技术寻找过零点的方法。通过与其他插值方法进行比较研究, 结果表明, 这种方法确保了过零点信息准确性的同时简化了数据处理的复杂度, 得到的过零点信息线性拟合系数大于0.999。在2 100~2 200 cm-1波段范围内, 当参考激光信号误差较小时, 傅里叶插值方法得到的仪器SNR是三次样条插值法所得到的1.03倍, 而线性插值方法与傅里叶插值方法得到的结果一致; 当参考激光信号误差较大时, 傅里叶插值方法得到的仪器SNR是线性插值方法得到的仪器SNR的1.05倍。
采样方法 傅里叶变换红外光谱仪 “Brault”方法 傅里叶插值 过采样 sampling method Fourier tranform infrared spectroscopy "Brault" method Fourier interpolation oversampling 红外与激光工程
2018, 47(1): 0123001
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室(中国科学院上海技术物理研究所), 上海 200083
3 中国科学院大学, 北京 100049
围绕单采样和过采样扫描探测体制下的点目标定量检测性能, 基于亚像元的采样模型, 建立了一定分辨率条件下探测不同高度、尺寸目标的成像链路仿真模型, 从目标信号采集能力、背景及杂波水平影响、检测能力和测量特性四个方面对比分析了相同瞬时视场的单采样、过采样以及两倍瞬时视场的过采样三种规格采样体制的目标检测性能.分析结果表明:相同瞬时视场的过采样比单采样更有利于目标信号的采集, 检测能力更强, 两倍瞬时视场的过采样对目标信号有抑制作用, 不利于低信杂比情况下的目标探测；两种规格的过采样对背景信号及杂波均有抑制作用；两种规格的过采样对目标辐射强度都有明显的过采集误差, 必须进行修正.
扫描系统 过采样 点目标 采样模型 定量检测 scanning system over-sampling point target sampling model quantitative detection
电子科技大学电子工程学院, 四川成都 611731
设计了一种积分过采样结构的高精确度模数转换器, 该种结构转换器具有较高的线性度, 千赫兹级信号带宽, 它和通用集成模数转换器相比具有更高的精确度性能和更高的采样率。该模数转换器主要由采样保持模块、电压电流变换模块、积分模块、集成模数模块、 FPGA模块、参考源以及电源模块构成, 利用积分变换处理和过采样技术来提高转换器的精确度和采样率。为验证积分过采样理论的正确性与可行性, 本文设计 18位积分过采样模数转换器, 其具有双极性输入电压-2~+2 V, 采样率 10 kHz。通过对该模数转换器进行理论计算和仿真得到有效位数 17 bit, 信噪比为 104.06 dB, 微分线性误差 (DLE)均小于 0.5 LSB, 积分线性误差 (ILE)均小于 0.3 LSB。
积分 过采样 高精确度 模数转换器 integral over-sampling high-accuracy Analog to Digital Convertor 太赫兹科学与电子信息学报
2017, 15(3): 500
中国科学院上海技术物理研究所 红外探测与成像技术重点实验室， 上海 200083
时间延迟积分(Time Delay Integration, TDI)探测器被广泛应用于弱光成像和航天遥感等领域，这种探测器能够在保持空间分辨率和平台运行速度的条件下有效提高探测器的等效积分时间，提高系统成像质量和探测率。近年来，红外数字域TDI探测器因具有动态范围大、积分级数连续可调和高帧频等优点而受到越来越多的关注和研究。通过对红外数字域TDI技术进行原理分析和数字系统设计，结合国产640×8中波红外数字域TDI探测器设计成像系统进行性能的分析及验证，重点研究了红外数字域TDI探测/成像系统的盲元补偿、非均匀校正、像元调整、时间延迟累加和过采样等关键技术，为未来红外数字域TDI探测器在空间遥感中的应用提供了技术支持。
数字域TDI技术 盲元补偿 非均匀性校正 像元调整 时间过采样 infrared TDI technology blind pixels compensation non-uniformity correction pixel adjustment time oversampling
