非Kolmogorov谱大气湍流下关联成像的仿真与实验

发布时间：2020-06-27 12:20

【摘要】：关联成像又称为鬼成像或双光子成像,部分相干光的关联成像由于其很高的成像分辨率,良好大气抑制作用,是新型成像技术发展的方向。光在湍流大气中传输时,湍流的强度与不稳定性会影响关联成像质量,因此研究大气湍流对关联成像质量的影响并开展实验研究具有重要的理论意义。本文对大气湍流下的关联成像性能做了进一步的理论分析、数值模拟与实验研究。利用非Kolmogorov谱大气湍流下的关联成像理论,得到不同大气湍流参数下双缝物体的关联成像结果,特别是得到了大气湍流内、外尺度对关联成像的影响。并基于双缝的归一化关联图像,利用解析法理论分析了大气湍流强度、内外尺度以及广义指数等湍流参数对成像分辨率的影响。大气湍流强度增大(1×10~(-15)m~(-2/3)到1×10~(-13)m~(-2/3))、外尺度增大(0.5m到100m)、内尺度降低(0.010m到0.001m)以及广义指数降低(3.7到3.1),会导致成像分辨率下降(对应的分辨率参数分别下降1、0.27、0.44和0.46)。利用相位屏法,对非Kolmogorov谱大气湍流下关联成像进行了数值模拟,分析研究了大气湍流参数对关联成像分辨率、信噪比的影响。结果表明:当大气湍流强度增加,内尺度减小,外尺度增加,广义指数减小时,成像分辨率、信噪比降低。大气湍流强度增大(1×10~-1717 m~(-2/3)到1×10~(-16)m~(-2/3))、外尺度增大(0.5m到100m)、内尺度降低(0.010m到0.001m)以及广义指数降低(3.8到3.2)时,成像分辨率参数对应分别下降0.2、0.61、0.06和0.18,信噪比对应分别下降16.7%、32.8%、6.9%和3.8%,其中对关联成像分辨率的分析与解析法分析的变化趋势相一致。利用液晶空间光调制器(SLM)进行大气湍流模拟,设计搭建了赝热光关联成像实验装置,实验研究了非Kolmogorov谱下湍流参数对关联成像信噪比的影响。当大气湍流强度从2×10~(-15)m~(-2/3)到3×10~(-14)m~(-2/3)、外尺度从0.5m到100m、内尺度从0.010m到0.001m、广义指数从3.8到3.2时,实验采集图像信噪比分别下降:14.5%,18.1%,7.7%和4.6%,其中湍流强度与外尺度对成像信噪比影响较大,变化趋势与仿真分析结果相一致。非Kolmogorov谱下大气湍流参数对关联成像的影响研究,对抑制湍流影响进而拓展大气环境中的关联成像应用具有一定的参考价值和理论意义。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O43

【参考文献】