光子计数成像技术是探测极弱光的有效手段之一,是一种超高灵敏度光电传感器和信号处理相结合的成像技术。EMCCD比普通CCD增加了电荷倍增功能,具备了光子探测能力,是实现光子计数成像的可能途径之一。本文从以下几个方面开展基于EMCCD的光子计数成像系统的研究。第一,本文提出了工作在高增益模式下的EMCCD增益统计模型。对EMCCD的增益概率密度函数进行了模拟仿真。设计了EMCCD实际增益的实验,对实验进行了描述、分析。通过对在高增益模式下工作的EMCCD倍增模型的研究,解决了EMCCD如何实现光子计数成像这个问题。第二,本文对基于EMCCD光子成像系统性能参数进行了研究,涉及的参数包括暗电流噪声、时钟感生噪声、读出噪声、转换增益、满阱电荷量。我们通过测试还得到了衰减度与照度关系曲线、照度与输出信号的关系曲线、光子转移曲线,并对每个像素点上的光子数量标定。通过对EMCCD光子计数成像系统的性能参数的测试,为EMCCD的光子计数成像技术奠定了基础,提供了可靠的参数标准。第三,本文设计了基于EMCCD的光子计数成像的实验。提出了图像处理新算法—光子阈值提取法,解决了在背景噪声中提取到有效的图像信息的这一技术难题。光子阈值提取法是对图像进行去噪、背景校正、图像平滑、图像锐化、多幅累加、幅度阈值滤波、频率阈值滤波处理的一种方法。随着微光夜视技术进一步发展,光子水平的探测技术必将取代传统的微光成像技术。