Correlation holography uses incoherent light to reconstruct holograms. This technique reconstructs objects as distributions of two-point coherence function rather than using optical fields, as in conventional holography. The basic principle of correlation holography is derived from the van Cittert--Zernike theorem and relies on the similarity between the optical field and the coherence functions. Experimental implementation of the correlation holography techniques requires a field or intensity interferometer, and fringe analysis and cross-covariance measurement in these interferometers require a conventional camera with array detectors. With the availability of digitally controlled diffractive elements, it is possible to replace the incoherent light source, such as a rotating ground glass, with a digital source loaded with the random patterns in sequence. Such strategies ease the burden on the detector and allow for correlation holography with a single-pixel detector (SPD) to be used. This review paper discusses a close connection between digital holography and correlation holography. The principles of correlation holography with the SPD are reviewed in detail, and the advantages of using digital sources to mimic incoherent illumination in the correlation holography are examined in the context of three-dimensional and complex field imaging.

将压缩感知重构算法应用到哈达玛鬼成像中,以实现在较低采样率下恢复出待测物体的信息。该方案比哈达玛鬼成像的重构次数更少,所需要的采样次数也减少。使用观测时间和计算结构相似性指标这两个参数作为评价图像质量的客观标准,比较SP算法和OMP算法下哈达玛鬼成像的重构结果。经过模拟仿真和实验验证后,发现在哈达玛鬼成像的基础上,采用OMP算法与哈达玛鬼成像相结合,可以得到成像速度更快,成像质量较好的重构图像。

水下探测作业过程中,水体因外界环境而产生扰动,从而使水下的折射率发生变化,增强水体对光的散射作用,导致水下光学目标成像模糊,成像质量降低。鉴于此,采用鬼成像方式克服水下扰动,利用参考光场和测量光场的二阶相干性分别测量某一时刻参考光束在采集平面上的光场分布与测量光束的在采集平面上的总光强,根据总光强重建鬼成像。实验过程中,利用超声波对水体进行扰动,对比鬼成像方式与经典成像方式的成像结果并比较两种成像结果的峰值信噪比,研究鬼成像系统在水下抗扰动能力。实验结果表明,在水下扰动的环境中,鬼成像方式的图像质量高于经典成像方式。

很多时候人们希望能够获取一些被完全遮挡的待测物体的空间信息,但传统的成像方式不能很好地恢复被遮挡的待测物体的空间信息。鬼成像技术作为一种新型的计算成像技术,可用于恢复被遮挡物体的信息。基于前人的理论研究,设计实验方案并进行了实验研究,并对实验结果进行分析,从实验上验证了利用鬼成像技术恢复被遮挡物体信息的可行性,证实了待测物体与遮挡物体之间的距离是影响恢复被遮挡物体信息的重要因素。

理论证明探测光路经散射介质的散射与吸收对计算关联成像造成的影响可以近似等效为乘性噪声而被消除,使用蒙特卡罗方法建立烟幕介质的点光源脉冲响应函数模型,分析了不同状态的烟幕对成像的影响,讨论了穿透烟幕成像的可行性。结果表明,当固有噪声N_i=0时,可忽略散射介质对成像结果的影响。最后,总结了计算关联成像技术穿透烟幕成像性能的适用范围,这为计算关联成像应用提供了一定的参考。

通过对单载波信号和热噪声信号的单微波量子探测研究,验证了基于微波光学上转换的单微波量子探测器对弱微波信号的响应能力。基于量子光学理论,开展了微波信号二阶相干度特性的实验研究,实验证明了微波波段的单载波信号和热噪声的二阶量子相干度具有与光学波段的相干光源和热光源相同的量子特性。

为了消除空间频域(SFD)成像中形貌对组织体光学特性提取精度的影响,提出了一种基于目标形貌测量的SFD成像校正方法。该方法采用相位轮廓技术获取目标的三维形貌,并对获取的SFD漫反射图像进行频率与光强校正。其中,频率校正采用基于多频查表的光学特性插值方法,入射和反射光强的校正则基于光照度定律和Minnaert模型。用基于高灵敏度锁相光子计数检测技术的单像素SFD成像系统进行实验,并用二维离散余弦变换模式的单像素成像方法获取低采样率下的目标形貌与多波长光学特性拓扑图像。实验结果表明,目标体表面形貌高度在每个像素点的误差不超过1 mm,校正后重建的吸收系数和约化散射系数分别降低了51.1个百分点和6.7个百分点。

为实现远距离、高灵敏的三维成像,开展了光子计数计算鬼成像研究。通过振幅型空间光调制器,实现了基于离散余弦变换矩阵和Walsh变换矩阵作为测量基的结构光照明,采用单光子探测技术实现了700 m距离、高灵敏的三维成像。对比研究了快速傅里叶变换算法和迭代优化算法的重建结果。研究表明,相同采样率时,离散余弦测量基作为观测矩阵时重建图像的误差比Walsh观测矩阵小,但Walsh观测矩阵重建图像的分辨率更高。计算鬼成像分辨率理论上不受接收镜头衍射极限限制,但实际受接收镜头集光效率、单光子探测器计数率、积分时间等影响,本文搭建的实验系统实现了成像分辨率达到接收镜头瑞利衍射极限分辨率2倍的成像结果。光子计数计算鬼成像无需转台或扫描镜等移动部件,具有弱光条件下凝视远距离目标并进行三维成像的能力。研究方法对基于光子计数的单像素成像技术和计算鬼成像技术研究具有一定参考价值。

图像的低质量一直是制约计算鬼成像(CGI)技术应用的重要问题,因此,针对CGI系统的彩色发光二极管(LED)阵列设计了一种特殊的RGB(Red,Green,Blue)排列方式。首先,自主开发了一个64×64的彩色LED阵列为CGI系统提供结构照明;然后,将LED阵列上的芯片按设计的篮织排列方式进行排列;最后,考虑到彩色LED阵列的物理结构,提出了一种针对采样图像的插值算法。实验结果表明,相比笛卡儿采样方式,篮织采样方式的均方根误差(RMSE)降低了4.6%,在存储彩色图像高频信息方面的性能更好。相比双线性插值算法和双三次插值算法,本算法的平均RMSE分别降低了2.0%和6.4%。

基于单光子雪崩二极管(SPAD)阵列探测器的三维成像技术在工业和科学领域具有重要的应用前景。然而现有的SPAD阵列器件仍存在小阵列规模和低像素填充率所导致的低空间分辨率问题,为此基于SPAD阵列(32 pixel×32 pixel)和衍射光学元件(DOE)搭建收发共光路扫描三维成像实验系统。利用DOE将出射激光整形为激光点阵并与接收视场匹配可以提升激光能量利用效率,通过共光路扫描可以实现高分辨三维成像。利用基于滑动时间窗的噪声光子滤除算法和基于全变分正则化的图像重构算法对回波光子数据进行处理。实验结果表明,图像重构算法可以获取10 m外目标64 pixel×64 pixel的三维图像,且在平均每像素0.86个信号光子的条件下实现清晰成像,成像结果的平均绝对误差为0.016 m。