[发明专利]一种基于符合测量的二维压缩鬼成像系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及关联成像领域，特别涉及一种基于符合测量的二维压缩鬼成像系统及方法。

背景技术

关联成像，或者称为鬼成像(Ghost Imaging，GI)，是近些年来量子光学领域的前沿和热点之一。关联成像可以在不包含物体的光路上生成物体的像，目前作为一种新型成像技术受到了广泛的关注。

自上世纪80年代以来，在对非线性晶体的自发参量下转换过程产生的双光子纠缠态进行的理论和实验研究中，发现了一些新的光学现象，如鬼成像、鬼干涉和亚波长干涉等。这些奇特的物理效应更新了我们对光现象认识的传统观念，为开拓新的光信息技术提供了可能。由于光源具有量子纠缠特征，人们自然将之归于量子纠缠态的非定域性（non locality）。另一方面，干涉要求光源具有相干性。最近一系列的研究结果表明，鬼成像、鬼干涉和亚波长干涉也可以用非相干的热光源通过强度关联来实现。这种相似性引发了关于量子纠缠和经典关联的争论，这也是自电子顺磁共振（Einstein-Podolsky-Rosen，EPR）理论提出以来，物理学界经久不息的议题的延续。该现象的观察是基于强度涨落的关联测量，通常也称为符合测量，而非测量强度本身。实际上强度关联的方法早在半世纪前就由Hanbury-Brown和Twiss（HBT）提出，利用该法替代迈克尔逊干涉仪来测量星体的角尺寸。为此通常将基于强度关联的光学现象称为关联成像、双光子成像或量子成像。

美国Rochester大学从事非线性光学的Boyd小组于2002年设计了一个模拟经典关联光源的鬼成像实验，He-Ne激光通过一个斩波器，被一个随机旋转的反射镜反射，再经光学分束器分成两路，其中，物臂光束经过一个透镜和物体后被一个桶探测器收集，参考臂光束经过一个透镜后被CCD记录。在关联器中，以光探测信号控制CCD的开关，实现两路光的强度关联测量。这便是经典关联光源的关联成像的由来。关联成像是从强度的涨落中来提取信息，因此成像所用的光场是空间强度涨落的光场，并由参考臂上的CCD测量到涨落光场的空间强度分布。

近年来由Donoho、Candes、Tao等人所提出压缩感知理论利用自然信号在某种基下可稀疏表示的特性，用远低于Nyquist采样定理要求的采样次数对信号进行采样时，也能很好地恢复出原始信号。关联成像的物体也属于一般自然物体，具有可压缩性或可稀疏表达，2009年，Yaron Silberberg小组首先发现压缩感知理论移植到关联成像的可能性，提出根据光场的关联性质，可以用压缩感知算法替代相应的关联算法，计算出物体的像，并将压缩感知和关联成像相结合的成像方法称为压缩感知鬼成像（Compressive ghost imaging，CGI）。这种方法将空间光调制器放置在分束器之前，仅仅是在计算上用压缩感知算法替代关联算法，完全摒弃了关联算法，实际未将压缩感知采样的精髓融入其中，忽略了符合测量对于最终关联系数分布获取的重要性。

在某些特殊场合，如极弱光鬼成像、太阳光鬼成像，太阳光鬼成像由于需要窄带滤波，光强也极弱，在参考臂需要超高灵敏度的面阵探测器，而CCD的感光灵敏度无法满足要求，唯有ICCD、EMCCD、雪崩二极管阵列方能实现对参考臂的探测，雪崩二极管阵列在技术上尚不成熟，阵列规模也十分有限，而ICCD、EMCCD价格在几十万，十分昂贵，且面阵探测时，光通量将平均分配到整个探测面上，单位像素分得的光通量将极少，直接影响最终成像质量。出于成本的考虑，参考臂也可采用单光子点探测器进行点扫描的方式，但同样会遇到光通量的限制，且需花费大量的测量时间，成一个10×10的像，就将花费将近1年的时间，极大地限制了研究的开展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，从而提供一种基于符合测量的二维压缩鬼成像系统与方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于符合测量的二维压缩鬼成像系统，包括：激光器1、旋转毛玻璃2、物体5、空间光调制器6、第一组会聚收光透镜7-1、第二组会聚收光透镜7-2、第一点探测器8-1、第二点探测器8-2、符合测量电路9以及算法模块10；其中，