光学 精密工程
2023, 31(16): 2333
1 国防科技大学电子对抗学院脉冲激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥230037
2 中国人民解放军 32256部队, 广西 桂林 541000
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Ni=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。
成像系统 计算关联成像 烟幕 散射 蒙特卡罗 脉冲响应 激光与光电子学进展
2021, 58(10): 1011029
1 国防科技大学电子对抗学院脉冲激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥230037
2 中国人民解放军32256部队, 广西 桂林541000
烟幕是一种复杂且特殊的散射介质,穿透烟幕成像是一项具有广阔应用前景的课题。为探究计算关联成像技术在烟幕环境下的抗散射性,设计烟幕箱结合计算关联成像的实验系统,在静态与动态散射的环境下进行了实验,得出了计算关联成像在探测路径存在静态与缓慢变化的动态烟幕情况下可实现成像的结论;针对快速动态烟幕条件下的成像降质问题,提出了逐点补偿方法。由于在动态散射的情况下光强涨落掺入了额外的衰减因素,利用获得的以特定频率投影特定帧的强度值可追踪衰减系数的变化,将原始光强值除以衰减系数得到校正后的光强值。该方法在低投影频率的条件下具有优势,通过对比得到了该方法的适用条件。
成像系统 计算关联成像 散射 烟幕 动态
1 北京理工大学光电学院机器人与系统教育部重点实验室, 北京 100081
2 中电科仪器仪表有限公司, 山东 青岛 266555
基于压缩感知的计算关联成像中,散斑设计是高质量图像重构的关键。针对传统散斑生成方法存在冗余高、关联成像质量低的问题,提出了一种基于主成分分析的散斑设计方法。该方法通过线性映射将高维空间中的数据投影到低维空间中,使低维空间上的投影方差最大化。结合图像先验知识,通过样本训练方法得到一组测量矩阵,在低采样率下可提高成像质量。实验结果表明,与传统方法相比,在采样率相同且低于0.5时,本方法可将图像的峰值信噪比提升5 dB,结构相似度提升0.2,为低采样率下获取高质量图像的同类场景提供了新思路。
计算关联成像 散斑 主成分分析法 低采样率 激光与光电子学进展
2020, 57(20): 201104
1 山东科技大学 机械电子工程学院, 山东 青岛 266590
2 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
3 北京科技大学 机械工程学院, 北京 100191
计算关联成像是利用成像物体的反射或透射信号与结构化的参考光进行多次关联成像, 具有了灵敏度高、抗干扰能力强等优点。当物体和计算关联成像系统存在相对运动时, 在成像过程中物体的反射或透射信号与参考光的光场涨落失去关联性, 进而会产生运动模糊。从二阶关联函数的角度推导了运动成像导致模糊的原因以及追踪补偿原理; 恢复计算关联成像系统中参考光和桶探测器收集的光强值的关联性, 实现了计算关联成像中的追踪补偿策略; 计算机仿真解释了计算关联成像光路中对物体平移干扰进行补偿的策略, 证实了该追踪补偿方法对运动物体成像的有效性, 克服了物体与成像系统之间的相对运动引起的成像质量下降。方法为关联成像对运动物体的识别、跟踪、遥感和实时在线成像提供了技术手段。
计算关联成像 运动物体 追踪补偿 computational ghost imaging moving target tracking compensation
关联成像是一种新体制成像方法, 能够解决一些传统成像技术无法解决的问题,近年来颇受关注。其中, 又以基于数字微镜器件(DMD)和空间光调制器(SLM)的计算关联成像发展最快。将DMD应用于计算关联成像, 利用其调制速度快、反射波段宽的优势, 结合压缩感知方法, 可在多个波长上获取高质量图像, 实现多波长关联成像。多波长关联成像在实现过程中存在几个关键问题, 包括赝热光场的有效产生、光场调制中衍射效应和调制噪声的影响, 以及高质量图像重建算法等。对上述关键问题进行数值仿真, 确定系统最佳工作参数; 在此基础上构建多波长关联成像实验系统以验证效果, 为关联成像技术的实用化提供了参考。
计算关联成像 数字微镜器件 多波长 computational correlated imaging DMD multi-wavelength 红外与激光工程
2017, 46(9): 0924001
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院， 北京 100191
2 中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室， 北京 100190
物体和探测器中间存在的散射介质会对传统光学成像造成严重影响，计算关联成像是能够降低散射影响的有效方法之一。本文分析了光源发射路径和接收路径存在的散射介质，建立了存在散射介质的计算关联成像（CGI）模型，对比分析了不同路径段的散射介质对CGI和传统直接成像（TDI）的影响。从理论分析得出，CGI中发射路径的散射介质会引起重建图像质量的衰减，而接收路径中的散射介质几乎不会影响最终的成像结果。实验分析证实，CGI可以降低散射光对成像造成的干扰。实验结果表明，在发射路径和接收路径同时存在散射干扰时，CGI和TDI的衬噪比分别为2.98和2.72。CGI能够降低云、烟、雾或生物组织等介质的散射干扰。
成像系统 散射介质成像 计算关联成像 空间光调制器 光学学报
2016, 36(10): 1026017
1 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院,北京 100191
2 中国科学院物理研究所 北京凝聚态物理国家实验室 光物理重点实验室,北京 100190
传统光学成像要求像面在成像透镜组的焦平面上,以此获得最大的光通量,因此焦距对成像质量影响较大。研究了焦距对计算关联成像成像质量的影响,搭建计算关联成像系统,利用桶探测器信号的强度涨落分析不同焦距下的关联成像结果,分析了背景光强对强度涨落的影响。结果表明: 焦距和背景光强的变化对计算关联成像成像质量影响不大,解决了热光关联成像中两光臂不等形成的散焦造成成像质量下降的问题,并且该成像只用一个无空间分辨能力的探测器就能完成高分辨率成像,降低了对探测器分辨能力的要求,避免了光通量在维度上的分配,提高了信噪比,且无需成像透镜,该成像方式非常适合用于极弱背景下的成像探测。
计算关联成像 焦距 背景光强 强度涨落 computational ghost imaging focal length background light intensity intensity fluctuation 红外与激光工程
2016, 45(8): 0824003
