[發(fā)明專利]一種對(duì)大氣湍流進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膯喂獗坳P(guān)聯(lián)成像方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610439078.2
• 申請(qǐng)日: 2016-06-17
• 公開（公告）號(hào): CN106154284B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊照華;劉保磊;曲少凡;肖雅蓉;閆瑞濤;余遠(yuǎn)金;祁振強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué);北京航天自動(dòng)控制研究所
• 主分類號(hào): G01S17/89
• 分類號(hào): G01S17/89
• 代理公司: 北京君恒知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11466
• 代理人: 張璐,黃啟行

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及量子關(guān)聯(lián)成像領(lǐng)域，尤其涉及一種對(duì)大氣湍流進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膯喂獗坳P(guān)聯(lián)成像方法。

背景技術(shù)

量子關(guān)聯(lián)成像，又稱鬼成像，是一種新型的成像技術(shù)。與傳統(tǒng)成像中直接記錄光強(qiáng)和相位的方式不同，量子關(guān)聯(lián)成像是將信號(hào)光路與參考光路的信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)運(yùn)算得到的。具體的，在雙光臂關(guān)聯(lián)成像中，可通過(guò)桶探測(cè)器收集被探測(cè)物體透射或反射的光強(qiáng)信息，即信號(hào)光路的信息；可通過(guò)陣列探測(cè)器收集用于照射探測(cè)物體的光場(chǎng)信息，即參考光路的信息；然后，將信號(hào)光路與參考光路的信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)計(jì)算。在單光臂關(guān)聯(lián)成像中，可通過(guò)桶探測(cè)器收集信號(hào)光路的信息，并以儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中的測(cè)量矩陣作為參考光路的信息，然后將信號(hào)光路與參考光路的信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)運(yùn)算。關(guān)聯(lián)成像的奇特之處在于，單獨(dú)的桶探測(cè)器測(cè)量或單獨(dú)的陣列探測(cè)器測(cè)量都不能恢復(fù)物體的信息，但是將桶探測(cè)器與陣列探測(cè)器的測(cè)量信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，卻能夠恢復(fù)物體的信息，并且物體圖像的分辨率可以突破衍射極限。

當(dāng)在大氣環(huán)境中應(yīng)用單光臂關(guān)聯(lián)成像技術(shù)時(shí)，由于在傳輸路徑上存在大氣湍流，會(huì)對(duì)信號(hào)光路造成干擾，進(jìn)而使信號(hào)光路與參考光路的關(guān)聯(lián)程度下降，導(dǎo)致成像質(zhì)量顯著降低。

針對(duì)大氣湍流對(duì)單光臂關(guān)聯(lián)成像的影響，亟需一種能對(duì)大氣湍流進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膯喂獗坳P(guān)聯(lián)成像方法，以提高參考光路與信號(hào)光路的關(guān)聯(lián)性，進(jìn)而提高成像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種對(duì)大氣湍流進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膯喂獗坳P(guān)聯(lián)成像方法，以極大減小大氣湍流對(duì)量子關(guān)聯(lián)成像的影響，提高關(guān)聯(lián)成像質(zhì)量。

本發(fā)明提供的對(duì)大氣湍流進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膯喂獗鄢上穹椒ǎǎ?/p>

S1、構(gòu)建大氣湍流隨機(jī)相位屏φ(m,n)；

S2、根據(jù)φ(m,n)對(duì)空間調(diào)制器的測(cè)量矩陣A進(jìn)行補(bǔ)償，得到補(bǔ)償后的測(cè)量矩陣A'；

A'＝e^φm,n*A

式中，*為卷積運(yùn)算；

S3、對(duì)補(bǔ)償后的測(cè)量矩陣A'、桶探測(cè)器采集的信號(hào)B進(jìn)行關(guān)聯(lián)運(yùn)算；

G＝<A'B>-<A'><B>；

式中，<>為相關(guān)運(yùn)算，G為二階關(guān)聯(lián)函數(shù)。

其中，所述隨機(jī)相位屏φ(m,n)具體為：

式中，是均值為0、單位方差的復(fù)高斯隨機(jī)變量，G(x)、G(y)分別為所述隨機(jī)相位屏在x、y方向的大小，r₀為大氣湍流的相干長(zhǎng)度，f_x、f_y為空間頻率。

其中，所述r₀滿足：

式中，z為光束傳播方向，Δz為大氣湍流薄層的厚度，為傳播路徑上大氣湍流強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)常數(shù)。

其中，步驟S1包括：

S11、基于功率譜反演法構(gòu)建隨機(jī)相位屏φ(x,y)；

式中，φ(x,y)為大氣擾動(dòng)相位，h(k_x,k_y)為頻率域內(nèi)均值為0、單位方差的復(fù)高斯隨機(jī)變量，F(xiàn)_φ(k_x,k_y)是符合Kolmogorov模型的功率譜函數(shù)，k_x、k_y分別為x、y方向的波數(shù)分量；

S22、對(duì)φ(x,y)進(jìn)行離散化、諧波補(bǔ)償，以構(gòu)建隨機(jī)相位屏φ(m,n)。

其中，F(xiàn)_φ(k_x,k_y)具體為：

F_Φ(k_x,k_y)＝2πk²ΔzΦ(k_x,k_y)Δk_xΔk_y

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

在本發(fā)明的技術(shù)方案中，對(duì)大氣湍流進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膯喂獗鄢上穹椒ㄖ饕ǎ簶?gòu)建大氣湍流隨機(jī)相位屏φ(m,n)；根據(jù)φ(m,n)對(duì)空間調(diào)制器的測(cè)量矩陣A進(jìn)行補(bǔ)償，得到補(bǔ)償后的測(cè)量矩陣A'；對(duì)補(bǔ)償后的測(cè)量矩陣A'、桶探測(cè)器采集的信號(hào)B進(jìn)行關(guān)聯(lián)運(yùn)算。本發(fā)明通過(guò)對(duì)單光臂關(guān)聯(lián)成像中傳輸路徑上存在的大氣湍流進(jìn)行補(bǔ)償，提高了參考光路與信號(hào)光路的相干性，進(jìn)而顯著提高了關(guān)聯(lián)成像的成像質(zhì)量。

附圖說(shuō)明

通過(guò)以下參照附圖而提供的具體實(shí)施方式部分，本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加容易理解，在附圖中：