[发明专利]一种对大气湍流进行补偿的单光臂关联成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及量子关联成像领域，尤其涉及一种对大气湍流进行补偿的单光臂关联成像方法。

背景技术

量子关联成像，又称鬼成像，是一种新型的成像技术。与传统成像中直接记录光强和相位的方式不同，量子关联成像是将信号光路与参考光路的信息进行关联运算得到的。具体的，在双光臂关联成像中，可通过桶探测器收集被探测物体透射或反射的光强信息，即信号光路的信息；可通过阵列探测器收集用于照射探测物体的光场信息，即参考光路的信息；然后，将信号光路与参考光路的信息进行关联计算。在单光臂关联成像中，可通过桶探测器收集信号光路的信息，并以储存在计算机中的测量矩阵作为参考光路的信息，然后将信号光路与参考光路的信息进行关联运算。关联成像的奇特之处在于，单独的桶探测器测量或单独的阵列探测器测量都不能恢复物体的信息，但是将桶探测器与阵列探测器的测量信息进行关联，却能够恢复物体的信息，并且物体图像的分辨率可以突破衍射极限。

当在大气环境中应用单光臂关联成像技术时，由于在传输路径上存在大气湍流，会对信号光路造成干扰，进而使信号光路与参考光路的关联程度下降，导致成像质量显著降低。

针对大气湍流对单光臂关联成像的影响，亟需一种能对大气湍流进行补偿的单光臂关联成像方法，以提高参考光路与信号光路的关联性，进而提高成像质量。

发明内容

本发明的目的在于提出一种对大气湍流进行补偿的单光臂关联成像方法，以极大减小大气湍流对量子关联成像的影响，提高关联成像质量。

本发明提供的对大气湍流进行补偿的单光臂成像方法，包括：

S1、构建大气湍流随机相位屏φ(m,n)；

S2、根据φ(m,n)对空间调制器的测量矩阵A进行补偿，得到补偿后的测量矩阵A'；

A'＝e^φm,n*A

式中，*为卷积运算；

S3、对补偿后的测量矩阵A'、桶探测器采集的信号B进行关联运算；

G＝<A'B>-<A'><B>；

式中，<>为相关运算，G为二阶关联函数。

其中，所述随机相位屏φ(m,n)具体为：

式中，是均值为0、单位方差的复高斯随机变量，G(x)、G(y)分别为所述随机相位屏在x、y方向的大小，r₀为大气湍流的相干长度，f_x、f_y为空间频率。

其中，所述r₀满足：

式中，z为光束传播方向，Δz为大气湍流薄层的厚度，为传播路径上大气湍流强度的结构常数。

其中，步骤S1包括：

S11、基于功率谱反演法构建随机相位屏φ(x,y)；

式中，φ(x,y)为大气扰动相位，h(k_x,k_y)为频率域内均值为0、单位方差的复高斯随机变量，F_φ(k_x,k_y)是符合Kolmogorov模型的功率谱函数，k_x、k_y分别为x、y方向的波数分量；

S22、对φ(x,y)进行离散化、谐波补偿，以构建随机相位屏φ(m,n)。

其中，F_φ(k_x,k_y)具体为：

F_Φ(k_x,k_y)＝2πk²ΔzΦ(k_x,k_y)Δk_xΔk_y

式中，Φ(k_x,k_y)为符合Kolmogorov模型的折射率功率密度函数。

在本发明的技术方案中，对大气湍流进行补偿的单光臂成像方法主要包括：构建大气湍流随机相位屏φ(m,n)；根据φ(m,n)对空间调制器的测量矩阵A进行补偿，得到补偿后的测量矩阵A'；对补偿后的测量矩阵A'、桶探测器采集的信号B进行关联运算。本发明通过对单光臂关联成像中传输路径上存在的大气湍流进行补偿，提高了参考光路与信号光路的相干性，进而显著提高了关联成像的成像质量。

附图说明

通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：