[发明专利]一种远距离鬼成像方法

说明书

本发明属于临地安防技术体系中涉水光学、水下安防的技术领域，具体涉及一种利用随机强度分布调制贝塞尔光束实现远距离鬼成像的方法。方法包括以下步骤：经光源发出的光，经过贝塞尔光束产生器件生成贝塞尔光束，贝塞尔光束再经过光场强度调制器件对贝塞尔光束进行调制，调制后的贝塞尔光束将具有强度调制的随机散斑光场特性，使用该光束对目标进行鬼成像。利用贝塞尔光束无衍射特性和强度调制的随机散斑光场特性，应用于水下远距离鬼成像的研究中，通过全新的思路实现了在水下这种高散射环境中的远距离鬼成像。

技术领域

本发明属于临地安防技术体系中涉水光学、水下安防的技术领域，尤其涉及一种基于强度调制贝塞尔光束的水下远距离鬼成像方法和系统。

背景技术

水下鬼成像技术是临地安防技术体系中涉水光学、水下安防的重要技术之一。鬼成像是基于量子纠缠或者经典光场涨落的关联特性，通过参考光场与目标探测光场之间的强度关联，非定域地获取目标物体信息的一种新型成像技术。鬼成像的概念首先是基于参量下转换产生空间纠缠光子对实现成像。对于传统鬼成像，光源发出光经过调制后，用分光镜将光分为两束，一束光照在目标物体上称为信号光路，后面放置无空间分辨率的光电探测器(桶探测器)，收集照射到目标物体后的反射或射的总光强。另一束直接照在相机上，称为参考光路。相机具有空间分辩率，对该光路的光束横截面进行扫描得到空间分布信息。经过多次测量，将多次目标物体的光强和多次对应的空间分布信息进行关联运算就可以恢复目标物体的像。之后研究表明，鬼成像所使用的光源可以是纠缠光源，也可以是热光源或赝热光源，即量子鬼成像和经典鬼成像，为开拓新的鬼成像方法提供了可能。2008年Shapiro提出了能够省略参考光路的计算鬼成像理论，通常使用空间光调制器或数字微镜器件进行相位或振幅调制，来产生预制调制光场，不需要CCD进行探测，直接使用桶探测器接收探测目标的光强信号，采用强度二阶关联算法，加权平均，最终反演出目标图像。

水下鬼成像是计算成像研究的最基本主题之一。在水下及类似高散射环境中成像时，传输的调制光场受到散射、衍射等效应的影响非常容易失真，光场分布容易被破坏，而计算鬼成像的成像距离和成像质量高度依赖于传输的调制光场。为保障调制光场不失真，具有无衍射特性的贝塞尔光束是选择之一。2012年Ronald E.Meyers等人(Appl.Phys.Lett.100，061126(2012))首次报道了使用不断位移的贝塞尔光场进行鬼成像，之后利用贝塞尔光束进行鬼成像鲜有报道，其中关键的问题是单纯使用贝塞尔光束，通过位移变换进行鬼成像，会在重构图像中产生很强的背景噪声，降低成像质量。

由此可见，在水下及类似高散射环境中，如何利用贝塞尔光束无衍射特性进行远距离鬼成像时亟待解决的关键问题。

发明内容

为解决在水下及类似高散射环境中，基于传统强度调制光场的计算鬼成像距离近的问题，以及基于位移变化贝塞尔光束的计算鬼成像质量不高的问题，本发明提出了一种基于强度调制贝塞尔光束的水下远距离鬼成像方法，结合贝塞尔光束无衍射特性和强度调制的随机散斑光场特性，使用强度调制随机散斑的贝塞尔光束，应用于水下远距离鬼成像中。在水下及类似的高散射环境中，相对于单独使用强度调制随机散斑，所述的方法具有成像距离远的优点；相对于单独使用利用位置偏移的贝塞尔光束，所述的方法具有成像质量高的优点。该方法以贝塞尔光场为载体，携带随机强度调制散斑，实现水下及类似的高散射环境中的远距离高质量鬼成像，将拓展鬼成像技术的应用范围。

为实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

本发明公开的一种基于强度调制贝塞尔光束的水下远距离鬼成像方法和系统。所述基于强度调制贝塞尔光束的水下远距离鬼成像方法包括以下步骤：