A high-speed and real-time SWIR weak signal detection system

ZHU Qiang; ZHOU Weihu; CHEN Xiaomei; SHI Junkai; LI Guannan

doi:10.37188/OPE.20223024.3116

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A high-speed and real-time SWIR weak signal detection system

Modern Applied Optics | 更新时间：2022-12-27

- A high-speed and real-time SWIR weak signal detection system
- Optics and Precision Engineering Vol. 30, Issue 24, Pages: 3116-3127(2022)
- 作者机构：
  
  1.中国科学院微电子研究所光电技术研发中心，北京 100094
  2.中国科学院大学微电子学院，北京 100049
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20223024.3116
  CLC： TP247
- Received：12 May 2022，
  
  Revised：10 June 2022，
  
  Published：25 December 2022
- 稿件说明：
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朱强,周维虎,陈晓梅等.高速实时近红外弱信号检测系统[J].光学精密工程,2022,30(24):3116-3127.

ZHU Qiang,ZHOU Weihu,CHEN Xiaomei,et al.A high-speed and real-time SWIR weak signal detection system[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(24):3116-3127.
朱强,周维虎,陈晓梅等.高速实时近红外弱信号检测系统[J].光学精密工程,2022,30(24):3116-3127. DOI： 10.37188/OPE.20223024.3116.

ZHU Qiang,ZHOU Weihu,CHEN Xiaomei,et al.A high-speed and real-time SWIR weak signal detection system[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(24):3116-3127. DOI： 10.37188/OPE.20223024.3116.

摘要

为了实现对钞券表面涂层高速在线检测，研制了一种基于高速钞券质量检查机的实时近红外弱信号检测系统。首先，根据涂层材料的特性，采用近红外波段的发光二极管和光电二极管，研制了驱动和弱信号采集电路；然后，利用现场可编程门阵列和图形化虚拟仪器平台实现了数据的实时传输和处理；最后，提出了计算信号峰值强度的峰值标准差法并分析了该算法的实时性，进行了钞券表面涂层检测和算法实时模拟实验。实验结果表明，在钞券22 m/s的运行速度下，无论衬底是简单或复杂，未涂布钞券的信号均明显高于已涂布钞券的信号，分别差约为7 000，4 000，1 400，衬底图文越复杂，信号差越小。算法开始至结束的时间约为2~3 ms，远小于22 ms的钞券时间间隔，算法速度满足实时要求。本文研制的系统具有高速、实时、稳定的特点，可高效检测纸张表面的涂层有无，有望为涂层在线质量检测提供一种全新的方法。

Abstract

To achieve high-speed online detection of banknote surface coatings， a high-speed and real-time design method for a near-infrared （NIR） weak signal detection system based on high-speed banknote quality inspection machines is proposed. First， according to the characteristics of coating materials， driving and weak signal acquisition circuits are developed by using NIR light-emitting diodes and photodiodes to achieve high-speed real-time weak signal detection. Second， the real-time data transmission and process are realized by using a field programmable gate array （FPGA） and a graphical virtual instrument platform. Finally， a peak standard deviation method for calculating the peak intensity of the signal is proposed， and the real-time performance of the algorithm is analyzed. The detection of the coating on the banknote surface and the real-time simulation experiment of the algorithm is carried out. The experimental results indicate that when the paper speed reaches 22 m/s， whether the substrate is simple or complex， the signal from the uncoated banknotes is significantly higher than that of the coated banknotes， and the differences are about 7000， 4000， and 1400， respectively. The more complex the substrate， the smaller the signal difference. The time from the beginning to the end of the algorithm is about 2-3 ms， which is far less than the time interval of 22 ms. The speed of the algorithm meets the real-time requirements. The system developed in this paper is high-speed， real-time， and stable； it can effectively detect whether the coating on the surface of the paper is available. It is expected to provide a new method for online quality detection of coatings.

关键词

Keywords

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中国人民银行货币金银局 . 中国人民银行就发行2019年版第五套人民币50元、20元、10元、1元纸币及1元、5角、1角硬币事宜答记者问［EB/OL］.（ 2019-04-29 ） http：//www.pbc.gov.cn/huobijinyinju/147948/147954/147965/3817129/index.html http://www.pbc.gov.cn/huobijinyinju/147948/147954/147965/3817129/index.html .

People’s Bank of China Monetary and Banking Bureau . Questions from the People’s Bank of China on Issuing the Fifth Set of RMB 50 Yuan ， 20 Yuan，10 Yuan，1 Yuan Paper Currency and 1 Yuan，5 Angle，1 Angle Currency in 2019 ［EB/OL］.（ 2019-04-29 ） http：//www.pbc.gov.cn/huobijinyinju/147948/147954/147965/3817129/index.html. http://www.pbc.gov.cn/huobijinyinju/147948/147954/147965/3817129/index.html. （in Chinese）

吴瑾光 . 近代傅里叶变换红外光谱技术及应用［M］. 北京：科学技术文献出版社， 1994 ， 256 - 257 。

Wu J . G . Modern Fourier Transform Infrared Spectroscopy Technology and Application ［M］. Beijing ： Scientific and Technical Documentation Press ， 1994 ， 256 - 257 . （in Chinese）

DUNBAR A J ， NASSAR A R . Assessment of optical emission analysis for in-process monitoring of powder bed fusion additive manufacturing ［J］. Virtual and Physical Prototyping ， 2018 ， 13 （ 1 ）： 14 - 19 .

BI W H ， BAI L C ， QI Y F . Technique for designing NIR instrument to acquire and process weak signal ［C］. Proc SPIE 6150 ， 2006 ， 6150 ： 359 - 363 .

SUN Y ， TU H H ， YOU S X ， et al . Detection of weak near-infrared optical imaging signals under ambient light by optical parametric amplification ［J］. Optics Letters ， 2019 ， 44 （ 17 ）： 4391 - 4394 .

LI L N ， LI Q B ， ZHANG G J . A weak signal extraction method for human blood glucose noninvasive measurement using near infrared spectroscopy ［J］. Journal of Infrared， Millimeter， and Terahertz Waves ， 2009 ， 30 （ 11 ）： 1191 - 1204 .

陈沁，南向红，梁文跃，等 . 片上集成光学传感检测技术的研究进展（特邀）［J］. 红外与激光工程， 2022 ， 51 （ 1 ）： 360 - 377 .

CHEN Q ， NAN X H ， LIANG W Y ， et al . Research progress of on-chip integrated optical sensing technology（Invited）［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2022 ， 51 （ 1 ）： 360 - 377 . （in Chinese）

冯勇，宋天源，钱学明 . 基于深度学习的高铁受电装置安全状态快速检测方法［J］. 西安交通大学学报， 2019 ， 53 （ 10 ）： 109 - 114 . doi: 10.7652/xjtuxb201910015 http://dx.doi.org/10.7652/xjtuxb201910015

FENG Y ， SONG T Y ， QIAN X M . A fast detection method for safety states of power receiving device on high-speed rail based on deep learning ［J］. Journal of Xi'an Jiaotong University ， 2019 ， 53 （ 10 ）： 109 - 114 . （in Chinese） . doi: 10.7652/xjtuxb201910015 http://dx.doi.org/10.7652/xjtuxb201910015

DUARTE-CAMPOS L ， WIJNBERG K M ， OYARTE-GÁLVEZ L ， et al . Laser particle counter validation for aeolian sand transport measurements using a highspeed camera ［J］. Aeolian Research ， 2017 ， 25 ： 37 - 44 .

王雪松 . 基于近红外CMOS的激光光斑质心检测系统设计［J］. 红外技术， 2021 ， 43 （ 8 ）： 730 - 735 .

WANG X S . Design of a laser spot centroid detection system based on NIR CMOS ［J］. Infrared Technology ， 2021 ， 43 （ 8 ）： 730 - 735 . （in Chinese）

雷丽，张升义 . 红外反射式光电传感器弱光检测系统［J］. 激光杂志， 2019 ， 40 （ 2 ）： 54 - 58 .

LEI L ， ZHANG SH Y . Infrared reflective photoelectric sensor low light detection system ［J］. Laser Journal ， 2019 ， 40 （ 2 ）： 54 - 58 . （in Chinese）

刘伟，齐美彬，许建平，等 . 基于FPGA的高速彩色线阵CCD实时图像采集系统［J］. 仪表技术与传感器， 2017 （ 5 ）： 91 - 94 . doi: 10.3969/j.issn.1002-1841.2017.05.022 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1002-1841.2017.05.022

LIU W ， QI M B ， XU J P ， et al . High speed and color linear CCD real-time image acquisition system based on FPGA ［J］. Instrument Technique and Sensor ， 2017 （ 5 ）： 91 - 94 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1002-1841.2017.05.022 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1002-1841.2017.05.022

刘召庆，李力，董冰，等 . 基于FPGA的夏克-哈特曼探测器实时波前处理机［J］. 红外技术， 2021 ， 43 （ 8 ）： 717 - 722 .

LIU ZH Q ， LI L ， DONG B ， et al . Shack-hartman detector real-time wavefront processor based on FPGA ［J］. Infrared Technology ， 2021 ， 43 （ 8 ）： 717 - 722 . （in Chinese）

刘砚涛，刘武刚，孙飞，等 . 基于LabVIEW的空间碎片高速撞击数据采集系统设计与实现［J］. 航天器环境工程， 2008 ， 25 （ 5 ）： 428 - 431， 397 . doi: 10.3969/j.issn.1673-1379.2008.05.004 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1673-1379.2008.05.004

LIU Y T ， LIU W G ， SUN F ， et al . A data acquisition system based on LabVIEW for space debris high-velocity impact ［J］. Spacecraft Environment Engineering ， 2008 ， 25 （ 5 ）： 428 - 431， 397 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1673-1379.2008.05.004 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1673-1379.2008.05.004

袁方，张贵宝，任石鹏，等 . 基于FIFO的并条机高速数据采集系统设计［J］. 电子测量技术， 2007 ， 30 （ 6 ）： 76 - 79 . doi: 10.3969/j.issn.1002-7300.2007.06.023 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1002-7300.2007.06.023

YUAN F ， ZHANG G B ， REN SH P ， et al . Design of high speed drawing frame data acquisition system based on FIFO ［J］. Electronic Measurement Technology ， 2007 ， 30 （ 6 ）： 76 - 79 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1002-7300.2007.06.023 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1002-7300.2007.06.023

彭国杰，张微，王忆文，等 . 用于条码信号峰值检测的改进动态双阈值算法［J］. 微电子学与计算机， 2014 ， 31 （ 4 ）： 164 - 167 .

PENG G J ， ZHANG W ， WANG Y W ， et al . Improved dynamic dual threshold algorithm for peak detection of barcode signal ［J］. Microelectronics ＆ Computer ， 2014 ， 31 （ 4 ）： 164 - 167 . （in Chinese）

张晓楠，陈杰，高皜，等 . 微弱光信号的极值检测及滤波算法研究［J］. 山东科学， 2018 ， 31 （ 1 ）： 1 - 9 .

ZHANG X N ， CHEN J ， GAO H ， et al . Research on extremum detection and filtering algorithm of weak light signal ［J］. Shandong Science ， 2018 ， 31 （ 1 ）： 1 - 9 . （in Chinese）

暴洪涛，程智，陈锋，等 . 基于FPGA的实时脉冲信号峰值检测方法［J］. 军事医学， 2015 ， 39 （ 5 ）： 377 - 379， 406 .

BAO H T ， CHENG ZH ， CHEN F ， et al . An algorithm of real-time peak detection for pulse signals based on FPGA ［J］. Military Medical Sciences ， 2015 ， 39 （ 5 ）： 377 - 379， 406 . （in Chinese）

王哲，郭少军 . 近红外星图显著性特性分析与恒星检测［J］. 光学精密工程， 2017 ， 25 （ 6 ）： 1652 - 1661 .

WANG ZH ， GUO SH J . Saliency analysis of near infrared star images and detection of fixed stars ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2017 ， 25 （ 6 ）： 1652 - 1661 . （in Chinese）

李漫丽，赵鹏 . 基于图像融合的木板表面缺陷检测研究［J］. 液晶与显示， 2016 ， 31 （ 9 ）： 882 - 888 .

LI M L ， ZHAO P . Wood surface defect detection based on image fusion ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2016 ， 31 （ 9 ）： 882 - 888 . （in Chinese）

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