非对称臂鬼成像实验设计与研究
发布时间：2020-07-28 20:41
【摘要】：鬼成像是一种新型的成像技术。它利用光场的关联性,通过多次曝光间接计算出物体的像。这种方式相比于传统的透镜成像而言比较新奇,甚至有点诡异,因而被称之为“鬼成像”。赝热光源容易制备,而且光源的相干尺度也可以很灵活地调节,实用性更强,所以本文把研究的重点放在了赝热光鬼成像实验。这种间接成像的特性,大大降低了成像系统对面阵探测器的要求,而且还可以进行极弱光条件下的成像。大气湍流会极大地降低真实环境下的成像质量,但是赝热光鬼成像可以抵抗大气湍流的影响。这些在成像方面突出的优势,为鬼成像实用化提供了强有力的保障。本文的研究重点是赝热光鬼成像在室外长距离的应用,成功探测出百米以外物体的像,并且在探测物体大小、提高成像质量和减少成像时间等方面进行了深入研究,取得了一定成果。其一,重新推导赝热光无透镜鬼成像的原理,并进行双臂对称的赝热光鬼成像实验,得到了较好的实验结果。通过在数据采集时,对点探测器加入延时,找到了一种测量物体大小的新方法。这种方法不需要预先知道面阵探测器的分辨率,但是比较耗时。其二,理清了长距离非对称臂鬼成像和对称臂鬼成像在实验上的差别,通过分析得出本文使用的赝热光鬼成像对同步时间的精度不敏感,通过分别在物臂和参考臂中加入透镜来消除双臂不对称带来的空间差异,成功探测出百米以外物体的像。除此之外,作者借鉴前人的做法,使用了压缩感知算法和预置毛玻璃的方法,减少了实验的时间。其三,本文提出了“使用和物体尺寸相匹配的照明场”的方法,用来提高真实环境下的成像质量。并进行实验,验证了这种方法的正确性。图像质量评价准则繁多复杂,作者通过分析不同指标之间的异同之处,深入研究,发现了衬噪比、图像互信息这两种指标可以指示物体尺寸大小。
【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
【图文】：
用眼睛获取信息的方式，简单来讲，其实就是眼晴中的晶状体把物体的像网膜上的过程。从物理的角度上来看，这和我们通常见到的薄透镜成像么不同。晶状体在此就充当了薄透镜的角色。所以“成像”作为一种获取信式被广泛地研宄。经过几代人的努力，人类可以通过显微镜看到细胞甚至东西，也可以通过望远镜看到远处的风景甚至外太空。在上个Ｉｋ纪八九十科学家们发现丫－？种新型的成像方式逦鬼成像（ｇｈｏｓｔ邋ｉｍａｇｉｎｇ，邋ＧＩ）。在传像方式中，像、透镜和物体在一条光路中。而鬼成像具有“离物成像”的即物和像分别在两条不同的光路中（实际上，所成像是间接计算得来的）。逡逑“鬼成像”这个名字中有一个“鬼”字，说明了这种成像方式的独特性。它传统成像那样好理解，如果不深宄的话，你会认为它根本不会成像。其实恰是“鬼成像”的魅力所在，有学者甚至把它称之为‘ｉｐｅｎ邋ｓｅｃｒｅｔｓ邋ａｚｌｅｓ＾］。要想深入理解这种成像机制，必须先从传统成像开始，逐渐深入到“”。逡逑统薄透镜成像逡逑在几何光学中，薄透镜的成像原理娃非常简单而ｎｒｉ观的。逡逑成像透钺逦像乎山｜逡逑
图１－２纠缠光源鬼成像示意图逡逑１９９５年，美国马里兰大学Ｓｈｉｈ邋Ｙ．邋Ｈ．小组的Ｐｉｔｔｍａｎ邋Ｔ．邋Ｂ．等人完成了一个新逡逑奇的实验［２］。实验的装置图如图１－２所示，波长为３５１．１ｎｍ泵浦激光（ｌａｓｅｒｐｕｍｐ）逡逑轰击非线性ＢＢＯ晶体产生纠缠双光子对。纠缠双光子对经过棱镜（ｐｒｉｓｍ）和偏振逡逑分束器（ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ邋ｂｅａｍ邋ｓｐｌｉｔｔｅｒ）之后被分成两束，一束经过成像透镜（ｌｅｎｓ）到达透逡逑射型物体（ａｐｅｒｔｕｒｅ），穿过物体的总光强经过透镜（ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ邋ｌｅｎｓ）汇聚之后被一个逡逑点探测器Ｄ！检测到，这束光被称为“信号光（ｓｉｇｎａｌ）”，这条光路称之为“物臂”；一逡逑束自由传播经过滤光片（ｆｉｌｔｅｒ）被沿着Ｘ－Ｙ平面扫描的点探测器Ｄ２（ＢｕＣｋｅｔ探测器）逡逑检测到，称之为“参考光（ｉｄｌｅｒ）’’，这条光路称之为“参考臂”。在物臂中，成像透镜逡逑到透射型物体的距离为■？，ＢＢＯ晶体到偏振分束器再到成像透镜距离与ＢＢＯ晶逡逑体到Ｄ２的距离之和为Ｖ。实验中设置１／５邋＋邋１／Ｗ１／／，邋／是成像透镜的焦距。逡逑２逡逑
0２可以探测到的空间信息，但是物体并不在参考臂上，接成出物体的像。虽然物体在物臂上，点探测器Ｄ，仅仅检测强，也不会得到物体的像。所以，分离来看，这套实验装置是将两个探测器得到的信息进行符合计数，魔法就发生了，物体这种特性也被称之为？？离物成像”。并且后续研究发现［３】，这种超过了传统透镜成像，即在其他条件都相同的情况下，双光子统透镜成像分辨率的两倍。延伸一步说，Ｎ光子纠缠源成像的成像分辨率的Ｎ倍，这样就突破了瑞利衍射的极限Ｗ。逡逑Ｉ－逦ｔｉ工逡逑ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ逦Ａ逡逑ｌｅｎｓ逦１、逡逑Ａ逦—邋ｆ邋－邋４００ｍｍ邋—逡逑
本文编号：2773415
【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
【图文】：
用眼睛获取信息的方式，简单来讲，其实就是眼晴中的晶状体把物体的像网膜上的过程。从物理的角度上来看，这和我们通常见到的薄透镜成像么不同。晶状体在此就充当了薄透镜的角色。所以“成像”作为一种获取信式被广泛地研宄。经过几代人的努力，人类可以通过显微镜看到细胞甚至东西，也可以通过望远镜看到远处的风景甚至外太空。在上个Ｉｋ纪八九十科学家们发现丫－？种新型的成像方式逦鬼成像（ｇｈｏｓｔ邋ｉｍａｇｉｎｇ，邋ＧＩ）。在传像方式中，像、透镜和物体在一条光路中。而鬼成像具有“离物成像”的即物和像分别在两条不同的光路中（实际上，所成像是间接计算得来的）。逡逑“鬼成像”这个名字中有一个“鬼”字，说明了这种成像方式的独特性。它传统成像那样好理解，如果不深宄的话，你会认为它根本不会成像。其实恰是“鬼成像”的魅力所在，有学者甚至把它称之为‘ｉｐｅｎ邋ｓｅｃｒｅｔｓ邋ａｚｌｅｓ＾］。要想深入理解这种成像机制，必须先从传统成像开始，逐渐深入到“”。逡逑统薄透镜成像逡逑在几何光学中，薄透镜的成像原理娃非常简单而ｎｒｉ观的。逡逑成像透钺逦像乎山｜逡逑
图１－２纠缠光源鬼成像示意图逡逑１９９５年，美国马里兰大学Ｓｈｉｈ邋Ｙ．邋Ｈ．小组的Ｐｉｔｔｍａｎ邋Ｔ．邋Ｂ．等人完成了一个新逡逑奇的实验［２］。实验的装置图如图１－２所示，波长为３５１．１ｎｍ泵浦激光（ｌａｓｅｒｐｕｍｐ）逡逑轰击非线性ＢＢＯ晶体产生纠缠双光子对。纠缠双光子对经过棱镜（ｐｒｉｓｍ）和偏振逡逑分束器（ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ邋ｂｅａｍ邋ｓｐｌｉｔｔｅｒ）之后被分成两束，一束经过成像透镜（ｌｅｎｓ）到达透逡逑射型物体（ａｐｅｒｔｕｒｅ），穿过物体的总光强经过透镜（ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ邋ｌｅｎｓ）汇聚之后被一个逡逑点探测器Ｄ！检测到，这束光被称为“信号光（ｓｉｇｎａｌ）”，这条光路称之为“物臂”；一逡逑束自由传播经过滤光片（ｆｉｌｔｅｒ）被沿着Ｘ－Ｙ平面扫描的点探测器Ｄ２（ＢｕＣｋｅｔ探测器）逡逑检测到，称之为“参考光（ｉｄｌｅｒ）’’，这条光路称之为“参考臂”。在物臂中，成像透镜逡逑到透射型物体的距离为■？，ＢＢＯ晶体到偏振分束器再到成像透镜距离与ＢＢＯ晶逡逑体到Ｄ２的距离之和为Ｖ。实验中设置１／５邋＋邋１／Ｗ１／／，邋／是成像透镜的焦距。逡逑２逡逑
0２可以探测到的空间信息，但是物体并不在参考臂上，接成出物体的像。虽然物体在物臂上，点探测器Ｄ，仅仅检测强，也不会得到物体的像。所以，分离来看，这套实验装置是将两个探测器得到的信息进行符合计数，魔法就发生了，物体这种特性也被称之为？？离物成像”。并且后续研究发现［３】，这种超过了传统透镜成像，即在其他条件都相同的情况下，双光子统透镜成像分辨率的两倍。延伸一步说，Ｎ光子纠缠源成像的成像分辨率的Ｎ倍，这样就突破了瑞利衍射的极限Ｗ。逡逑Ｉ－逦ｔｉ工逡逑ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ逦Ａ逡逑ｌｅｎｓ逦１、逡逑Ａ逦—邋ｆ邋－邋４００ｍｍ邋—逡逑
【参考文献】
相关期刊论文 前2条
1 梅笑冬;龚文林;严毅;韩申生;曹清;;可预置强度关联激光三维成像雷达实验研究[J];中国激光;2016年07期
2 李恩荣;陈明亮;龚文林;喻虹;韩申生;;鬼成像系统的互信息[J];光学学报;2013年12期
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1 罗春伶;改善鬼成像质量的理论与实验研究[D];华南理工大学;2014年
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1 张二峰;二阶和高阶关联成像研究[D];国防科学技术大学;2010年
本文编号：2773415
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