基于预制光场的鬼成像研究

发布时间：2020-03-23 03:59

【摘要】：鬼成像是一种基于多次测量以及光场二阶关联特性的新型成像方法。相比于传统的一阶成像方式,鬼成像以其离物成像,超分辨,无透镜成像的特点成为了当下研究热点。经过近三十几年的理论与应用研究,实现鬼成像的光源已经从纠缠光源扩展到赝热光源,甚至是经典热光源。然而,鬼成像耗时长,成像光路复杂以及成像质量不高仍然是其不可忽视的短板。为此计算鬼成像应运而生,它利用现代光学调制器件以及计算机技术在一定程度上克服了传统鬼成像的缺点。但是,计算鬼成像也将新的问题引入到鬼成像的研究之中。比如照明光场如何设计,光学调制的精确度问题以及光学衍射计算的准确性问题。这些问题成为了制约计算鬼成像发展的重要原因。本文通过对预制光场鬼成像的研究,取得了如下创新成果:1、在了解了传统的赝热光源双臂鬼成像以及传统的计算鬼成像的实验原理及所存在的问题的基础之上,本文提出了将计算全息再现技术引入到计算鬼成像中来的实验思路。该方法在一定程度上解决了传统赝热光源双臂鬼成像的散斑分布无法动态调节,散斑颗粒大小不均匀的问题以及传统计算鬼成像中散斑模糊,衍射计算不准确的问题。通过实验验证,基于全息再现的计算鬼成像的成像性能好于传统的赝热光源双臂鬼成像。2、通过计算机仿真的方式研究了物体所在面积与光场照射面积之比对鬼成像的成像质量的影响。仿真结果显示,当物体的面积增加时鬼成像所需的采样数也会随之增加。此外,本文还探讨了散斑的稀疏度(散斑场中亮斑个数与散斑总数之比)对鬼成像的成像质量的影响,发现在采样数足够多的条件下,稀疏散斑也能达到比较好的成像质量。3、探究了基于稀疏散斑位置调制下的鬼成像。本文通过改变稀疏散斑的位置,分别使其服从高斯分布、指数分布、瑞利分布、Beta分布、泊松分布、对数正态分布,发现了不同分布下的稀疏散斑鬼成像所呈现出来的不同特点以及基于散斑位置调制的稀疏散斑计算鬼成像的部分成像的特点。最后选取了高斯分布稀疏散斑计算鬼成像进行了实验研究,并与传统的随机散斑计算鬼成像做了对比。实验结果表明高斯分布稀疏散斑计算鬼成像的成像性能好于传统的随机散斑计算鬼成像。此外,实验结果表明归一化操作会大大的降低高斯分布稀疏散斑计算鬼成像的成像性能。
【图文】：

空间分布,成像,统计性质,成像原理

逦物休逡逑桃丨丨口逡逑图２－２鬼成像原理逡逑相比于传统成像，关联成像在成像光路和成像机制上都是一个全新的突破。逡逑首先，在成像光路上，关联成像最为显著的特点就是将成像过程一分为二，将图逡逑像强度信息和空间分辨信息分开来采集。其中没有放置物体的光路被称为空闲光逡逑路（参考臂），有物体的光路被称为信号光路（物臂）。按照鬼成像的理论，物臂逡逑的主要作用是收集透过物体的总光强信息，采用无空间分辨率的桶探测器接收。逡逑而参考臂的主要作用就是记录照射在物体上的散斑的空间分布信息。由于参考光逡逑路上没有放置物体，在现实中也就不受物体所处环境的制约，这样就极大的增加逡逑了光路设计的灵活性和提高分辨率的可行性。同样的，由于接收物体信息的光路逡逑７逡逑

成像,成像机制,成像原理,光路

ｆ邋．邋ｆ邋＼ｆ逡逑２，邋／邋＿邋１逡逑图２－丨传统成像原理逡逑这一成像的过程中只涉及到了光强的一阶统计性质，面阵探测器输出的光电逡逑子流强度与采集到的光场强度正比。这样即便物体每次只发射出单个光子，但经逡逑过一定时间的累积，依然可以在面阵探测器表面再现物体的干涉、衍射或者成像逡逑信息。而关联成像技术却将具有物体信号的光路与没有物体信息的参考光路分离逡逑开来，分别探测。其中的任何一路都不能单独成像。这就需要光源必须同时发射逡逑至少两个关联的光子，这两个光子分别通过两个不同的光路，分别被两路的探测逡逑器接收。再利用二阶强度关联算法，将物体图像信息计算出来。逡逑测器逡逑，，．ｉｈ逡逑九观逦物休逡逑桃丨丨口逡逑图２－２鬼成像原理逡逑相比于传统成像
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.41;O431.2

【参考文献】