【摘要】：“鬼”成像是一種間接的、基于二階關聯(lián)的成像方式,只要知道照射在物體上的光場分布就只需用一個單像素“桶”探測器測量總光強便可再現(xiàn)物體的像。鬼成像具有許多傳統(tǒng)成像不具有的性質(zhì),例如可以透過散射介質(zhì)成像、在弱光下成像、或者實現(xiàn)超分辨成像。在可見、紅外等波段鬼成像已進入應用開發(fā)階段,然而由于在X光波段沒有合適的分束或調(diào)制器件,X光鬼成像的研究起步很晚。基于二階關聯(lián)的X光鬼成像有望降低輻射劑量,消除電離損傷,這在醫(yī)學診斷、材料分析等領域有重大意義。作為準備工作,本文首先利用單光子量級的可見光弱光探測器陣列進行了傳統(tǒng)成像。由于密碼芯片由半導體結構組成,芯片在運行時會輻射出光子,通過獲取光子信息可以破解加密信息。本文分析了AT89C52芯片運行時靜態(tài)隨機存取存儲區(qū)的光子情況,分析了光子發(fā)射位置與運行指令之間的關系,并以8字節(jié)的精度確定了芯片的物理地址位置。該工作為光旁路攻擊提供了一種新的可視化方法。本文進行了利用非相干可見光的鬼成像實驗,以及可見光下的計算鬼成像實驗。另外,通過分析二階強度相干,探究了散斑的統(tǒng)計性質(zhì)與鬼成像像質(zhì)之間的關系。在理想情況下,只要散斑存在漲落,就能夠實現(xiàn)鬼成像。然而在實際情況中探測器存在噪聲時,本文利用數(shù)值模擬證明了只要散斑的g~((2))在2附近,無論灰度散斑還是二值散斑都能實現(xiàn)高質(zhì)量的成像。因此可以根據(jù)調(diào)制器件決定選用灰度散斑還是二值散斑。該工作為如何選取并優(yōu)化X光鬼成像調(diào)制器件打下了理論基礎。接下來本文進行了利用臺面式非相干X光源進行鬼成像的實驗準備。首先發(fā)現(xiàn),由于X光源超短的相干時間和相干長度,受探測器的結構和分辨率所限,利用雙成像板進行鬼成像方案并不可行。接下來本文通過預記錄一系列由砂紙產(chǎn)生的X光散斑,對人工二值物體以及自然界中的灰度物體進行了鬼成像實驗。該實驗方案具有簡單易行、更具有實用性的特點。最后本文優(yōu)化了砂紙以及光路,實現(xiàn)了分辨率更高的X光鬼成像。在X光成像劑量方面,本文首先根據(jù)Rose準則確定了極限情況下傳統(tǒng)成像中所需的最少光子數(shù),并分析了鬼成像可以實現(xiàn)弱光成像的理論依據(jù)。接下來在實驗中進行了超低輻射鬼成像的實驗驗證,成像所需光子數(shù)在單光子量級。為進一步減少輻射劑量,采用對應成像方案,能夠在保持成像質(zhì)量時將輻射劑量再降低一個數(shù)量級。此外,利用可控的調(diào)制矩陣在稀疏基上測量也可以減少采樣次數(shù)。通過制作X光調(diào)制板實現(xiàn)了X光的計算鬼成像:首先將調(diào)制矩陣刻蝕在銅印刷電路板上,實現(xiàn)了150μm的成像分辨率;然后利用微加工的方式刻蝕在金調(diào)制板上,實現(xiàn)了10μm的分辨率。最后通過數(shù)值模擬,分析調(diào)制器件厚度不均勻對成像的影響,并提出改進方案。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O434.19
【圖文】：

第 2 章 基于單光子成像的光輻射分析如圖 2.2 所示[127]。開發(fā)板 LY5A-L12 由 5.8 V 直流電壓芯片 AT89C52 發(fā)送指令，并通過 RS232 串口與計算機通的指令時，密碼芯片執(zhí)行相應的命令，導致被訪問的晶體收鏡頭由兩個高分辨率的鏡頭組合成放大率為 8 倍的顯微VTG2514，25 毫米焦距）距離物體 5 mm，目鏡（SATO距）距物鏡 20 mm，與 EMCCD 之間相距 115 mm。顯微到 EMCCD 表面，并用 EMCCD 進行單光子量級的成像

(a) (b) (c)圖 2.3 SRAM 區(qū)域的像。(a)在手電光照明下的 SRAM 圖，其中 EMCCD 開啟傳統(tǒng)成像功能；插圖展示了放大的存儲單元。(b)芯片不供電時的單光子成像。(c)給芯片供 5.8 V 直流電但不傳輸數(shù)據(jù)時的單光子成像[127]。Fig. 2.3 Images of the SRAM area. (a) Image of the SRAM under incandescent illumination ofa flashlight with the EMCCD in conventional mode; the inset shows an enlarged view of thestorage cells. (b) Single-photon image with power off. (c) Single-photon image with an appliedvoltage of 5.8 V but no data transferred[127].表 2.1 循環(huán)訪問 SRAM 區(qū)域的算法[127]。Table 2.1 The algorithm for the chip with a loop to visit different bytes[127].#pragma ASMmov R1, #0x80 //or #0xC0, #0xE0, #0xF0, #0xF8, #0xFC, #0xFE, #0xFF#pragma ENDASMfor(j=0x80; j<=0xff; j++) //or #0xC0, #0xE0, #0xF0, #0xF8, #0xFC, #0xFE, #0xFF{for(k=0x0; k<=0xff; k++)

第 2 章 基于單光子成像的光輻射分析2.3 實驗結果及分析確定每行存儲多少字節(jié)為了得到光子輻射的整體圖像，我們首先循環(huán)訪問高128字節(jié)（80H到FFH），而后逐漸向上減半，直至 1 個字節(jié)（FFH）。如表 2.1 所示，#0x80 用于重復訪問高 128 字節(jié)（80H 到 FFH）， #0xC0 用于高 64 字節(jié)（C0H 到 FFH）， #0xFC用于高 4 字節(jié)（FCH 到 FFH）等等。圖 2.4 (a)-(c)分別顯示了訪問 128 字節(jié)（80H到 FFH）、32 字節(jié)（E0H 到 FFH）和 1 字節(jié)（FFH）時芯片的發(fā)光情況，其中紅色框標出了發(fā)光的區(qū)域。

【參考文獻】

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1 王紅勝;紀道剛;高艷磊;張陽;陳開顏;陳軍廣;吳令安;王永仲;;基于時間相關單光子計數(shù)技術的密碼芯片光輻射分析[J];物理學報;2015年05期

本文編號：2789608