湍流大气成像系统长曝光传递函数的研究

采用傅里叶变换法对在Kolmogorov谱大气湍流下望远镜的长曝光成像进行了模拟,给出了湍流大气成像系统长曝光传递函数的数值模拟方法,求出了在此情况下的长曝光传递函数。给出了大气湍流在Kolmogorov谱假设下成像系统长曝光传递函数的理论值。基于空间目标为点目标的假设,提出了一种湍流大气成像系统长曝光传递函数的测量方法。对由三种方法获取的大气湍流长曝光传递函数进行了比对分析。结果表明,由三种方法获取的大气湍流长曝光传递函数基本上是一致的,由傅里叶变换法模拟和实际测量得到的传递函数是合理的。     

镜面物体往复通过弱湍流大气系统的成像

分别利用部分相干理论、以广义随球波函数为基础的Ｋａｒｈｕｎｅｎ－Ｌｏｅ′ｖｅ展开和相干成像理论研究了弱湍流像差大气照明系统互强度函数传输特征和位地湍流介质中镜面物体成像规律。结果表明：仅当反射光束相干尺度（成像光束等效直径）小于成像孔径的尺度时才能改善湍流大气中两次成像的质量。     

湍流大气中图像传输的信息量

分别从系统像的信息量和信息自由度的角度分析了大气湍流对相干和不相干照明光学系统成像质量和分辨率的影响。理论上，处于一定大气湍流条件下的相干照明系统存在着超出经典衍射极限的超分辨率。     

湍流大气成像系统分辨率的研究

采用基于Kolmogorov 1941串级湍流模型建立的调制湍流折射率谱模型、简单透镜成像系统传递函数的高斯函数近似和平方近似,从理论上分析了大气成像系统的光学传递函数,研究了有限湍流尺度(湍流内、外尺度)对湍流大气中成像系统光学分辨率的影响。给出了成像系统长曝光光学传递函数和积分分辨率的近似解析关系。结果表明在采用大孔径成像系统成像时,应该考虑湍流尺度对大气系统成像的作用。     

可抑制大气湍流影响的深度学习计算鬼成像

计算鬼成像利用光场的二阶相干性进行成像.当探测光经历未知扰动(如大气湍流)时,无法通过计算获得实际到达物体的光场,此时按无扰动的计算光场进行图像重构时会产生图像模糊.提出一种基于深度学习的图像分类-复原方法,用于消除大气湍流对计算鬼成像的影响.该方法的基本思想是先用基于卷积神经网络的分类网络对图像按模糊程度进行分类;然...     

大气湍流畸变对空间目标清晰干涉成像仿真研究

本文利用功率谱反演法分别展开对符合 Kolmogonov 统计规律和修正后的Von Karmen 统计规律的大气湍流畸变波前相位屏进行了数值模拟研究. 得到各种模型下相位屏对该成像系统干涉成像图. 仿真结果表明, 采用闭合相位原理, 基本可以消除大气湍流对光束波前的影响, 验证了采用相位闭合技术的优势.     

湍流大气中激光传输对傅里叶望远镜成像质量的影响

针对傅里叶望远镜系统激光在湍流大气中传输造成的成像质量下降,分析了湍流对光束传输特性的影响,指出成像质量的下降主要来自于上行传输链路中湍流造成的光束漂移与光束扩展,从而产生光束指向误差。分析了指向误差影响成像的机理。通过数值计算得出了不同强度湍流造成整条上行链路光束指向误差,并通过系统仿真,得到了不同强度大气湍流条件下的成像结果。结果显示:在弱湍流与中湍流条件下（大气折射率结构常数小于10-14 m-2/3）,随机指向误差较小(偏移比小于0.06),复原图像有较好的识别性;在强湍流条件下,成像质量下降严重。因此系统应选择避开强湍流地理位置与时段进行工作。     

湍流大气中激光传输对傅里叶望远镜成像质量的影响

针对傅里叶望远镜系统激光在湍流大气中传输造成的成像质量下降,分析了湍流对光束传输特性的影响,指出成像质量的下降主要来自于上行传输链路中湍流造成的光束漂移与光束扩展,从而产生光束指向误差。分析了指向误差影响成像的机理。通过数值计算得出了不同强度湍流造成整条上行链路光束指向误差,并通过系统仿真,得到了不同强度大气湍流条件下的成像结果。结果显示：在弱湍流与中湍流条件下（大气折射率结构常数小于10-14 m-2/3）,随机指向误差较小(偏移比小于0.06),复原图像有较好的识别性;在强湍流条件下,成像质量下降严重。因此系统应选择避开强湍流地理位置与时段进行工作。     

液晶大气湍流模拟器

提出平行取向液晶器件作为大气湍流模拟器(ATS)的应用,研制出平行排列TFT型二维阵列液晶湍流模拟器(LC ATS)．基于Zernike多项式模拟大气湍流的理论,在Zygo干涉仪上,利用此湍流模拟器产生Zernike模式面形,能够很好的产生Zernike多项式的前2~8项模式面形．并且选取前231项Zernike模式,进行湍流的计算模拟与液晶湍流模拟器的实验模拟,计算模拟与实验模拟的湍流结果比较接近,说明此类型液晶湍流模拟器可以模拟大气湍流.     

激光在湍流大气中的干涉仿真

通过研究激光在湍流大气中的传输情况，旨在为光学高分辨率干涉成像提供理论依据。采用相位屏的近似处理方法对激光通过大气湍流传输进行模拟，研究激光通过湍流大气的干涉情况。试验结果表明：孔径间距越大，干涉条纹越密；在传输距离为2km，大气湍流折射率结构常数C2n为10-14，即接近强湍流的情况下，可以形成比较好的干涉条纹。孔径间距较小时，干涉的明暗条纹清晰可见。在实际干涉成像中，可以选择适当的孔径间距来获得较好的干涉条纹，从而获得目标的高分辨率像。     

强度涨落在热光鬼成像中的作用

热光鬼成像的图像质量在实际应用中具有重要作用. 通过理论分析和数值模拟, 发现光场的强度涨落程度会影响热光鬼成像的对比度, 基于此, 提出可以通过调节热光场的平均强度和强度波动的方差来提高成像对比度, 并且研究了这一方法对成像信噪比的影响. 将这种方法与另一种提高成像对比度的方法——高阶鬼成像进行了对比, 所得结果将有助于提高对热光鬼成像的理解. 关键词： 鬼成像 强度涨落 对比度 信噪比     

光注入下外光反馈半导体激光器输出自相关特性研究

基于半导体激光器(SL)受到外部扰动(光反馈和光注入)下的速率方程组,研究了反馈系数、延迟时间、注入强度和频率失谐对半导体激光器输出混沌信号自相关特性的影响.研究表明：上述四个参量对SL输出混沌信号的自相关函数曲线的半高全宽(FWHM)以及边峰抑制比都有影响;通过合理选择各参量,可以使SL输出的混沌信号具有尖锐的自相关函数曲线分布,其FWHM可降到0.02 ns,比已有相关报道提高了一个数量级. 关键词： 半导体激光器 光反馈 光注入 自相关函数     

基于阈值分割的并行压缩鬼成像方法

为了提高鬼成像的速度,提出了基于阈值分割的并行压缩差分鬼成像方法。首先通过设置合理的阈值筛选出涨落较为明显的数据进行采样;然后再通过并行分块降低图像维度,提高整体运算速度;最后通过压缩感知重构算法重构图像。通过对图"BUAA"的半物理仿真以及透射物体"光"的实验结果表明,与普通的二阶赝热光关联成像相比,该方法能以更少的采样次数和运行时间重构图像,可提升成像信噪比。     

一种基于自相关的激光脉冲编码信号解码方法

激光脉冲编码是半主动激光制导武器采用的一种抗干扰措施,为满足半主动激光制导武器光电对抗的需要,以激光信号的脉冲到达时间(TOA)为参数,依据激光脉冲编码信号的时间相关性,提出了一种通过首先对由脉冲到达时间组成的脉冲到达时间序列作自相关处理,计算出信号的重复周期,然后再在一个信号周期内,通过确定脉冲重复间隔的时间值、个数和位序来鉴别信号码型,从而实现信号解码的方法。阐述了该解码方法的原理及实现。原理实验和数字仿真实验证明,对于当前半主动激光制导武器采用的大多数激光脉冲编码信号,采用该解码方法,一般在4个信号周期时间内就能实现解码。     

激光光强扰动对相干场成像降质影响理论研究

激光相干场成像系统发射多束激光,经大气传输对远程目标成像,大气湍流引起的激光束光强扰动是影响成像质量的一个关键因素.本文从湍流引起的激光束光强扰动对回波解调信号的影响关系入手,建立了激光回波光强扰动因子对相位闭合系数和成像频谱分量的降质传函理论模型;基于三光束激光相干场成像系统仿真验证了理论模型的有效性.研究表明激光相干场成像频谱分量和成像像质主要受三光束相位闭合求解算法中第二光束光强扰动影响.该研究揭示了激光回波光强扰动对成像像质的影响机理,对于分析大气湍流等引起的光强扰动降质效应和合理分配多光束光强稳定性以提高成像质量具有理论指导意义.     

Handwritten digit recognition based on ghost imaging with deep learning

We present a ghost handwritten digit recognition method for the unknown handwritten digits based on ghost imaging(GI) with deep neural network, where a few detection signals from the bucket detector, generated by the cosine transform speckle, are used as the characteristic information and the input of the designed deep neural network(DNN), and the output of the DNN is the classification. The results show that the proposed scheme has a higher recognition accuracy(as high as98% for the simulations, and 91% for the experiments) with a smaller sampling ratio(say 12.76%). With the increase of the sampling ratio, the recognition accuracy is enhanced. Compared with the traditional recognition scheme using the same DNN structure, the proposed scheme has slightly better performance with a lower complexity and non-locality property.The proposed scheme provides a promising way for remote sensing.     

Resolution and noise in ghost imaging with classical thermal light

The resolution and classical noise in ghost imaging with a classical thermal light are investigated theoretically. For ghost imaging with a Gaussian Schell model source, the dependences of the resolution and noise on the spatial coherence of the source and the aperture in the imaging system are discussed and demonstrated by using numerical simulations. The results show that an incoherent source and a large aperture will lead to a good image quality and small noise.     

Average intensity of flattened Gaussian beam in non-Kolmogorov turbulence

Based on the extended Huygens-Fresnel principle and the first-order approximation of wave structure function, an analytical expression for the average intensity of flattened Gaussian beam (FGB) in non-Kolmogorov turbulence has been derived. The variations of normalized intensity with some parameters, such as wave coherence length, Fresnel number, waist width and the order of FGB are investigated in detail.     

Phase modulation pseudocolor encoding ghost imaging

We present a ghost imaging scheme that can obtain a good pseudocolor image of black-and-white objects.The essential idea is to use a multi-wavelength thermal light source and the phase modulation pseudocolor encoding technique,which overcomes the disadvantages of other methods involved spatial filtering.Therefore,the pseudocolor ghost image achieved by this imaging scheme is better than that obtained by other methods in terms of brightness,color,and signal-tonoise ratio.     

Orthogonal-triangular decomposition ghost imaging

Ghost imaging (GI) offers great potential with respect to conventional imaging techniques. However, there are still some obstacles for reconstructing images with high quality, especially in the case that the orthogonal measurement matrix is impossible to construct. In this paper, we propose a new scheme based on the orthogonal-triangular (QR) decomposition, named QR decomposition ghost imaging (QRGI) to reconstruct a better image with good quality. In the scheme, we can change the randomly non-orthogonal measurement matrix into orthonormal matrix by performing QR decomposition in two cases. (1) When the random measurement matrix is square, it can be firstly decomposed into an orthogonal matrix $\bm Q$ and an upper triangular matrix $\bm R$. Then let the off-diagonal values of $\bm R$ equal to 0.0, the diagonal elements of $\bm R$ equal to a constant $k$, where $k$ is the average of all values of the main diagonal, so the resulting measurement matrix can be obtained. (2) When the random measurement matrix is with full rank, we firstly compute its transpose, and followed with above QR operation. Finally, the image of the object can be reconstructed by correlating the new measurement matrix and corresponding bucket values. Both experimental and simulation results verify the feasibility of the proposed QRGI scheme. Moreover, the results also show that the proposed QRGI scheme could improve the imaging quality comparing to traditional GI (TGI) and differential GI (DGI). Besides, in comparison with the singular value decomposition ghost imaging (SVDGI), the imaging quality and the reconstruction time by using QRGI are similar to those by using SVDGI, while the computing time (the time consuming on the light patterns computation) is substantially shortened.