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大气湍流对纠缠关联成像的干扰及其抑制方法研究

杨华  
【摘要】:量子关联成像又称为“鬼成像”,它利用量子的纠缠特性,实现了在不含物体的光路获取物体清晰图像。由于“鬼成像”本身的分布特性,可被应用于分布图像处理、分布感知及通信方案中。 量子关联成像由一光源通过BBO晶体产生两束纠缠光,其中一束光称为信号光,另一束光称为闲置光。在信号光路上包含待成像的物体,闲置光路不包含物体,通过对两束光的符合测量,可以在闲置光路得到物体的像。 本文在基于轨道角动量纠缠的量子多灰度鬼成像理论基础上,考虑大气湍流对量子鬼成像质量的影响及相应的抑制方法。由于量子鬼成像和光束有直接关系,而光在传输过程中容易受到大气湍流等的干扰,从而导致光束质量发生变化。为了简单方便,本文只在信号光路中加入大气湍流的干扰,而让闲置光路的状态保持不变。由仿真和实验结果表明,当大气中存在湍流时,成像质量受到影响。并且湍流越强,成像质量越差;传输距离越长,成像质量越差。随着湍流增大,峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio,简称为PSNR)值逐渐变小,表明成像质量逐渐下降。比如在二灰度NUPT的仿真过程中,当湍流强度从10-16 m-2/3增加到10-12 m-2/3的时候,其PSNR值由104dB降到24dB,说明湍流的存在对成像质量产生了严重的干扰。 纠错编码能有效地降低通信噪声对信息传输的影响,大气湍流的作用可看作是一种噪声。为了减小或者抑制湍流带来的成像质量下降,本文采用(7,4)线性分组码对成像的二灰度NUPT进行编码,仿真和实验结果表明,通过线性编码,同等条件下的成像的质量得到明显提高,线性编码较好地抑制了大气湍流对基于轨道角动量纠缠的量子多灰度鬼成像的影响。仿真结果还表明,在一定的湍流强度下,恢复出的物体其PSNR值达到无穷大,这说明经过线性编码后可以完全恢复出物体的信息,有效的抑制了湍流的干扰。由此可见,信道编码是提高基于轨道角动量纠缠的量子多灰度鬼成像质量的一种有效方法。


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