[发明专利]基于预置可调制光源的高速计算关联成像系统及成像方法

说明书

【技术领域】

本发明属于量子关联成像技术领域，具体涉及基于预置可调制光源的高速计算关联成像系统及成像方法。

【背景技术】

关联成像是一个兴起于近十几年的研究新课题。最早的关联成像方案使用了纠缠双光子作为光源并且具有非定域成像和突破瑞利衍射极限等奇特的特性，并因此得到人们的广泛关注。人们在最近的研究进展中打破了纠缠光源的限制，使用到了更普遍存在以及更容易获得的赝热光源、热光源来实现关联成像，得到了与纠缠光源关联成像的相似性质并且引起了学术界的广泛讨论。

关联成像包含了呈现物体的空间分布图像，呈现物体的衍射干涉图像和傅里叶变换图像等。总而言之，关联成像是通过光场的高阶性质(即强度涨落关联)来获得物体信息，并且这种信息在关联成像的系统装置中是无法从低阶的光场关联中得到的。因为鬼成像具有抗湍流扰动能力和可无透镜成像等诸多优点，因此其在对地观测、保密通信、雷达成像、生命科学等领域具有极其广泛的应用前景和应用价值。

最初实验中所有的关联成像的装置都需要使用两路探测器来探测具有一定的关联性的两个光场，最终得到物体的像。美国麻省理工大学的沙皮罗(Shapiro)在2008年时给出了一种新的成像方案：仅使用一个点(单像素)探测器来完成成像。实验使用激光照射在空间光调制器(SLM)上产生随机分布的光斑，代替赝热光用激光照射旋转毛玻璃产生散斑的方式，如图1所示。所采用的空间光调制器，就是可以人为控制对于入射光的相位、强度等信息进行调制的设备。已知的调制光强信息可以保存在计算机中，这种光源称之为预置式主动光源。以前方案中的光源的强度是未知的、被动式光源，其光源强度也只能通过探测得到。在装置中保留的一路是探测光路，即有物体以及桶探测器的一路，而原来的参考光路被取消。可以通过已知的对于激光的空间调制，利用衍射理论计算得到在适当位置的光强的分布，而传统的关联成像是通过在相同位置的点阵探测器得到的。

计算关联成像所面临的最大问题在于光源的刷新率无法达到实际应用当中所需的速度，在已有的计算鬼成像实验当中，产生随机分布光斑的装置是液晶电光调制的空间光调制器或者投影仪当中微镜面反射芯片(DMD)，两者的刷新率最快仅能达到几百赫兹，不足以满足实际应用中快速成像的需要。传统的计算鬼成像所面临的最大问题在于目前所用光源(SLM空间光调制器、DMD数字微镜面装置)的刷新率无法达到实际应用当中所需的速度，已有的计算鬼成像实验当中，产生随机分布光斑的装置是液晶电光调制的空间光调制器或者投影仪当中微镜面反射芯片(DMD)，两者的刷新率最快仅能达到千赫兹量级，不足以满足实际应用中快速成像的需要，也严重影响了成像速度。主要原因如下：

1、传统计算鬼成像中所采用的DMD芯片在实际应用中在产生散斑场时的帧率较低，仅为50-60Hz，也就是一秒钟产生50-60张散斑场分布图样。而在具体计算鬼成像的实验当中，要获得轮廓清晰的像至少需要千张量级的散斑分布图样才可能实现，成像时间过长，而且成像的物体复杂程度也会使得所需散斑分布图样增加。

2、传统计算鬼成像中采用的光调制设备空间光调制器(SLM)为液晶光阀，如图2所示，其调制速度也仅有500Hz，也远达不到在实际应用中快速成像的需求。

3、空间分辨能力探测器8(CCD)具有位置信息的探测器，成本较高。

【发明内容】

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种基于预置可调制光源的高速关联成像系统，本发明使用电光调制器阵列调制系统对光进行快速调制，产生散斑场，达到快速成像的目的。

本发明成像系统所采用的技术方案是：

包括：

光源；

用于将光源发出的光进行随机强度调制，形成在自由空间强度随机涨落分布的光场的电光调制器阵列调制系统；

用于探测电光调制器阵列调制系统形成的光场经目标待测物体反射或透射后所得的总光强，并转化为和总光强相关的电信号的单点光强探测器；

用于获取电信号并进行放大，得到总光强值强度涨落信息的数据采集模块；

以及用于控制电光调制器阵列调制系统与数据采集模块间的数据同步，之后进行关联计算得到目标待测物体图像的数据同步与处理模块。

进一步地，光源采用激光器。

进一步地，电光调制器阵列调制系统为N×N二维电光调制器阵列组成，其中N≥2；且电光调制器单元采用铌酸锂电光调制器、磷酸二氢钾电光调制器、磷酸二氢铵电光调制器或者钽酸锂电光调制器。

进一步地，目标待测物体和单点光强探测器之间设置有透镜。