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关联光学成像新机制与新方法研究

李虎  
【摘要】:关联光学成像或关联成像,源自于对双光子纠缠源非定域特性的研究,在信号光路仅采用点探测的条件下对闲置参考光束进行扫描探测,利用关联算法能够获取物体的图像信息,因此也被称作“鬼”成像。关联光学成像打破了传统线性光学成像理念,从信息论角度出发可认为它从物理层面上对检测目标的图像信息进行了调制与解调,进而具备一系列优点或特色,比如超强的信道抗噪能力、图像光学加密、微弱信号成像、低于Nyquist采样极限的成像等等。随着关联光学成像学科的发展,其巨大的应用前景吸引着国内外科研机构以及政府的大量人力、物力资源的投入。 传统的关联光学成像机制已经难以满足日益增长的市场需求,因此本文着重研究关联光学成像新机制与新技术,不断完善系统的优化设计,从而丰富关联光学成像学科的理论研究,推进该项技术的实用化进程。 我们采用理论与实验相结合的方法系统研究了关联光学成像,所取得的创新性成果主要包括以下几个方面: 1.我们提出了一种周期衍射关联成像机制,并实现了相关的理论分析与实验验证。与传统机制相比,该成像机制结构简单、成本低,并且拥有多个参考光束,能够同时生成多幅图像。经过进一步的研究,我们发现这种机制还能够实现图像加密、穿透散射介质成像等功能; 2.我们提出了多种三维关联光学成像机制与关键技术,包括基于热光场特性的三维关联成像、基于双目视差原理的三维关联成像、基于激光脉冲飞行时间的三维关联成像以及基于时间-空间关联特性的三维关联成像,这些机制能够满足不同的应用需求; 3.在理想的热光关联光学成像模型中,我们研究了关联光学成像质量与阶数之间的关系,指出用可见度来衡量成像质量是不合适的,成像质量也并不是随着阶数的增加而提高,相反最低阶强度涨落关联光学成像的效果最好; 4.我们首次分析了匀速直线运动目标物体的关联光学成像过程,并提出了使用静态帧的概念实现运动物体关联光学成像的方法; 5.我们提出了一种归一化的加权关联光学成像算法,该算法能够用于降低关联光学成像中非均匀场所造成的图像失真; 6.我们提出了关联光学成像中灰度级的概念,用于衡量对复杂物体的成像质量,灰度级越大,获得图像所呈现的细节越多。


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