[發明專利]被動式關聯成像光學系統

有效

• 申請號: 201710525289.2
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107390214B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 李望;韓申生;吳建榮;沈夏;龔文林;陳明亮
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89;G01S7/02
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種被動式關聯成像的光學系統，包括前置成像鏡組、場鏡成像鏡、相位板散斑調制器和中繼二次成像鏡組四部分。在自然光照明物體的情況下，先由前置成像鏡組將物體成像到一次實像面，后由場鏡成像鏡將前置成像鏡組的入瞳成像到干涉散斑場，其中干涉散斑場是在相位板后面1.5mm處形成的干涉場。最后由中繼二次成像鏡組將干涉散斑場成像到CCD上。本發明將空間物體的信息進行頻譜變換，在出瞳面形成干涉散斑場，在干涉散斑場上每一點的信息包含所有物點的能量信息。通過CCD將干涉散斑信息采集之后，進而通過關聯運算來解算散斑場圖像，反演出高光譜物體圖像。本發明具有在單次曝光下，獲得高光譜、三維圖像的優點。

技術領域

本發明涉及關聯成像又稱為鬼成像，特別是一種被動式關聯成像光學系統。

背景技術

關聯成像又被稱為鬼成像，它是一種獲取物體相關信息之后，通過關聯計算方法進行圖像復原的新成像技術。與傳統成像方法相比，它能夠在復雜及特殊環境下還原物體圖像，在醫學、軍事、天文、遙感等領域有著廣泛的應用前景。

在傳統的光學成像系統中，成像系統受探測端有限視圖的約束，而關聯成像中的探測和成像可以分離，從而可實現非局域成像。起初的關聯成像是基于量子光學理論的糾纏光子對或者贗熱光源進行主動照明的研究方案，后來，研究人員發現采集被自然光照明的物體光信息，也可以通過關聯計算的方式實現圖像還原。并且，利用這種無光源的成像機理形成的關聯圖像具有單次曝光的功能，并且能夠獲得高光譜、三維圖像。

目前關聯成像根據是否使用光源進行主動照明分為主動式關聯成像系統和被動式關聯成像系統。最早的關聯成像使用糾纏雙光子作為光源，并且具有非定域成像，突破衍射極限等獨特性質，受到人們的廣泛關注。在近年來的發展中，人們打破了糾纏光源的限制，使用普遍存在和更容易獲得的贗熱光源，以及熱光源作為關聯成像的光源，并且在很大程度上與糾纏光源的特性類似，引起了社會的廣泛關注。

由于關聯成像能夠在像散射介質、大氣湍流這樣傳統方式難以成像的惡劣天氣下進行成像，體現了其潛在強大的實用價值及廣闊的前景。但是數據采集長、和信噪比低等缺點限制了關聯成像的應用范圍，尤其是熱光源的關聯成像更是如此。

最近，在提高關聯成像的圖像質量的研究成果中出現了很多優化方案。例如微分鬼成像等，雖然一定程度上提高了系統信噪比，不過也增加了采樣時間和使計算更加復雜。具體來講，主動式關聯成像存在以下問題：

1、日光照明情況下成像的信噪比較差。在主動式關聯成像系統中，使用糾纏量子光，贗熱光和真熱光來完成關聯成像實驗，通過發射系統用激光將被觀測物體照亮，用接收系統接收回波信號。在白天工作時，由于背景輻射的影響，回波信號中參雜了日光中和激光波長相同的雜光，一定程度降低了成像信噪比。

2、主動關聯成像系統無法獲得高光譜圖像。主動關聯成像系統是采用激光主動照明，恢復的圖像也是激光的單波長圖像。對于很多特殊的應用場合，無法實現對指定波長敏感的材料的探測。限制了關聯成像的應用領域。

3、主動關聯成像的成像速率較慢。傳統關聯成像通過獲取多幀圖像的方式進行關聯運算，提高關聯成像的信噪比。一次成像需要采樣兩千到一萬幀，在提高信噪比的同時，也限制了成像時間和成像速度。此外，為了獲取物體的三維信息，采用時間切片技術對回波信號進行切片和計算，也需要獲得一定采樣數進行三維重建，進一步降低了成像時間。

由此,根據關聯成像原理,研制新型光學系統,擺脫傳統的主動照明關聯成像方式,進而實現日光照明情況下的被動式關聯成像.提高成像的信噪比,在獲得三維圖像和高光譜圖像的前提下提高關聯成像的成像速率，是相關研發工作者的重要任務,也是本發明的重要目的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種被動式關聯成像光學系統，對物體光信息進行采集和調制，以解決傳統關聯成像系統需要激光主動照明的問題，提高在白天進行關聯成像時的信噪比，大幅度地縮短關聯成像的信息采集時間，可實現單次曝光的關聯成像。