应用于热光鬼成像的自适应形态学滤波器
在多媒体教室中实现热光鬼成像
在多媒体教室中实现热光鬼成像刘江涛;童红;李伟民;肖文波;张德建【期刊名称】《大学物理》【年(卷),期】2018(037)003【摘要】“鬼”成像,又称关联成像或者量子成像,是一种基于参考光场与目标探测光场之间的关联函数的一种新型成像技术.本文利用负片成像方法在多媒体教室中实现了热光鬼成像.研究发现,采用此成像方法对系统硬件要求较低.其中对光源亮度的要求可以降低4倍左右,即使当投影仪亮度为1 200 lm、背景亮度为450 lm时也可以得到较清晰的图像,绝大多数多媒体教室可实现这一条件.本研究不仅可以将量子光学中最前沿的研究成果作为演示实验引入课堂,激发学生的学习兴趣,还可以促进鬼成像走出实验室,扩展其实际应用.【总页数】4页(P44-47)【作者】刘江涛;童红;李伟民;肖文波;张德建【作者单位】贵州民族大学机械电子工程学院,贵州贵阳550025;南昌大学理学院物理系,江西南昌330031;南昌大学高等研究院,江西南昌330031;贵州民族大学机械电子工程学院,贵州贵阳550025;贵州民族大学机械电子工程学院,贵州贵阳550025;南昌航空大学大学物理教研部,江西南昌330063;南昌大学理学院物理系,江西南昌330031【正文语种】中文【中图分类】O431.2【相关文献】1.采用混沌光的时间鬼成像 [J], 陈智鹏;曲继业;于潭;崔健伟2.应用于热光鬼成像的自适应形态学滤波器 [J], 陈智鹏;娄鹏;贺婷婷3.用于赝热光鬼成像双波长高分辨激光光源研制 [J], 崔璨;王雨雷;吕志伟;陈义;白振旭;远航;郑振兴;哈斯乌力吉4.随机正交匹配追踪算法的热光鬼成像 [J], 高禄;亓晓曼;肖珂;宋汉全5.赝热光的相干时间对鬼成像影响的理论与实验研究 [J], 陈艺海; 张莹; 韦育; 于永河; 李文东因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
【计算机工程与设计】_形态学_期刊发文热词逐年推荐_20140726
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
科研热词 形态学 鬼成像 颜色直方图 透视点 过分割 边缘检测 轮廓 车辆粘连 车牌定位 自适应滤波器 特征区块 热光关联成像 最小生成树 智能车辆 文本图像 数学形态学 投影 小波变换 小波去噪 圆形度 图像分割 图 噪声 区域合并 分水岭分割 分块 光照不均 交通信号灯识别 hsv颜色空间
1 1 1
53 gabor滤波器 54 cash-cfar
1 1
2011年 科研热词 形态学 阴影去除 阈值法 遥感图像 运动步态 边缘连接 车辆检测 记忆性能 视频文本定位 蛇形机器人 虹膜识别 虹膜定位 背景模型 背景差 肤色分割 细胞图像 笔画提取 瞳孔边界修正 直方图规定化 概率模型 椭圆肤色模型 条件密度 最小交叉熵 最小二乘法 智能交通系统 文本区域 数学形态学 微分几何 形态学联想记忆 异联想 帧间差 图像的联想识别 动态阈值 动态形态学 分割 人体检测 云区域检测 ycbcr色彩空间 gabor滤波器 frenet-serret 推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
科研热词 数学形态学 边缘检测 形态学 图像处理 图像增强 鲁棒性 颜色空间 预处理 隶属度 随机hough变换 阈值去噪 阈值 金相组织 金相图像 金字塔分解 部分学 透明性 运动检测 轮廓跟踪 轮廓提取 车型轮廓线 车型识别 视频 色度 自适应滤波 自适应参数调整 背景模型 肤色分割 经典hough变换 等高线 空间表示 空间球 直线拟合 盲数字水印 特征提取 波门 水域生长 模糊集 模式识别 曲线智能数字化 晶界复原 斜率之差 斑点特征 文本提取 整数小波变换 改进hough变换 心电信号 形态学预处理 形态学滤波 广义hough变换 局部阚值 小波滤波
热释电红外传感器及其应用
尚中锋 1，郭景华 2，祁明锋 1,2，范子亮 2
（.郑州炜盛电子科技有限公司，河南 郑州 450001）
摘要：为有效解决电化学、气敏类传感器稳定性差、检测范围窄、易中毒、测量精度低等问题，研制了一种基于钽酸锂薄膜材 料的热释电红外气体传感器。重点介绍了该气体传感器的工作原理及其结构设计，其结构采用双通道光路测量结构，分别为测 量通道和参考通道，有效避免了光源波动和腔体污染对传感器造成的影响。该传感器具有结构新颖、简单可靠、测量范围宽、 不中毒等特点，市场应用前景广阔。 关键词： 钽酸锂薄膜;热释电红外气体传感器;双通道结构;光源波动.
Abstract: In order to effectively resolve the problem of the electrochemical, gas type sensor, such as poor stability, narrow detection range, easy to poisoning and low accuracy etc.， a pyroelectric infrared gas sensor is developed based on lithium tantalate thin-film. The emphasis is paid on the working principle of the gas sensor and its design, its structure using two-channel optical measurement of the structure, respectively measuring channel and reference channel, effectively prevent the light source fluctuation and cavity impact of pollution on the sensor. The sensor has a novel structure, simple and reliable, wide measuring range, not poisoning etc., the market prospect is broad. Keyword: lithium tantalate thin films; pyroelectric infrared gas sensor; dual-channel structure; light fluctuations. 中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：
鬼成像的成像质量探究
文献引用格式：中图分类号：摘要：可以在获取不到物体本体的情况下通过双向传感器成像，鬼成像因其特殊的成像方式被学术界人士重点关注。
鬼成像技术先进，潜在社会价值很高。
尽管目前针对鬼成像的相关研究还未完全突破技术瓶颈进而应用于日常生活，但已有的研究成果显示，量影响因素及鬼成像技术的现状与发展。
关键词Abstract:imaged by two-way sensor without obtaining the object body, so it is named ghost imaging. In recent years, with the development of science and technology, ghost imaging has been paid more attention by scholars because of its special imaging methods. Ghost imaging technology is advanced and has high potential social value. Although the research on ghost imaging has not completely broken through the technical bottleneck and applied to daily life, the existing research results show that its application value in military, medical and scientific research in the future is immeasurable. Therefore, the ghost imaging technology is reviewed, and the factors affecting the imaging quality of ghost imaging and the status and development of ghost imaging technology are analyzed.Keywords:装置如图2所示。
在多媒体教室中实现热光鬼成像
； 收稿日期： 修回日期：
２０１７ － ０７ － １９
２０１７ － １０ － １８
基金项目：国家自然科学基金（ ， ）、高 １１３６４０３３ １１７６４００８ 等学校计算物理课程教学研究项目（ＪＺＷ－１５－ＪＷ－０２）、贵州省教育厅创新群体重大
研究项目（黔教合 ＫＹ 字［２０１６］０３０）、江西省教育厅科学技术研究项目（ ）、南 ＧＪＪ１５０７２９ 昌航空大学教改课题（ＪＹ１４６０）资助．
鬼成像主要有利用纠缠光子和热光源成像这两 种方式．而热光源鬼成像又分为赝热光源成像和基 于数字光投影技术成像两种．最早 １９９５ 年 Ｐｉｔｔｍａｎ
等 利 ［１］ 用纠缠光子实现了鬼成像．之后研究发现利 用热光源也可实现鬼成像［２５］．北京师范大学熊俊于 ２００７ 年将热光鬼成像引入到近代物理实验教学当 中，这有利于学生了解最前沿的科学研究技术以激 发他们的研究兴趣［１１］．
【 】 ＤＯＩ １０．１６８５４ ／ ｊ．ｃｎｋｉ．１０００ ０７１２．１７０４２９
鬼成像，又称关联成像或者量子成像，是一种基 于参考光场与目标探测光场之间的关联函数的一种 新 型 成 像 技 术 ［１１０］． 传 统 光 学 成 像 主 要 基 于 光 场 的 强度或相位的分布测量，即利用一阶关联信息成像． 而鬼成像利用的是光场的二阶关联，也就是利用强 度波动的统计相关信息成像．鬼成像实验中，光源发 出的光经分束后，其中一束通过目标物体由无空间 分辨能力的单像素探测器接收，与另一路不经过目 标物体的有空间分辨能力的探测器做相关测量，通 过计算重现目标物体．由于有空间分辨能力的探测 器接收的光束不通过物体，在传统光学中是不可能 成像的，这也是这种成像方式被称为鬼成像的原因．
４５
者为了增加物体和背景的对比度，通常采用白色背 景，也就是正片成像．正片成像时白色背景对光反射 较强，以至于桶探测信号涨落相对强度变小、采集系 统噪声增加，分辨率降低，效率较低．
大容量非相干光光电混合快速人脸检索识别系统
大容量非相干光光电混合快速人脸检索识别系统X雍 涛,何庆声,刘海松,邬敏贤,金国藩(清华大学精仪系,精密测试技术与仪器国家重点实验室,北京100084) 摘要:本文基于非相干光的光电混合图像识别技术,通过K2L变换、循环编码和特征向量的最小方差距离判别等特定的算法,在库容达1000幅人脸的检索识别系统中,实现快速准确识别。
关键词:图像识别;非相干光相关器;K2L变换;最小方差距离判别中图分类号:T P391 文献标识码:A 文章编号:100520086(2002)022*******H igh Speed and Large Capac ity Opto-electron ic Hybr id Hu man Face Search-i ng and Recogn ition System Ba sed on an i ncoheren t optica l correa ltorYON G T ao,H E Q ing2sheng,L I U H ai2song,W U M in2x ian,J I N Guo2fan(State Key L abo rato ry of P recisi on M eau rem en t T echno logy and In strum en ts,D epartm en t of P recisi onIn strum en ts,T singhua U n iversity,Beijing100084,Ch ina)Abstract:In th is paper,w e con struct a h igh speed op to2electron ic hyb rid i m age recogn iti on system basedon an incoheren t op tical co rrelato r,and app ly it to a search ing and recogn iti on system w h ich con tain sover1000hum an faces.W ith K2L tran sfo rm,peri odic encoding m ethod,and m in i m al variance distancem easu re m ethod,the h igh speed and accu racy of recogn iti on is realized.Key words:I m age recogn iti on;Incoheren t op tical co rrealto r;K2L tran sfo rm;M in i m al variance distancem easu re m ethod1 引 言 图像处理既要求快速性,又要求准确性。
【计算机工程与设计】_自适应滤波器_期刊发文热词逐年推荐_20140726
科研热词 自适应滤波器 神经网络 目标跟踪 kalman滤波 鬼成像 遮挡 通带混叠失真 过采样dft调制 轨迹校正 车道线检测 误码率 虚拟噪声 自适应滤波 自适应kalman滤波 自编码扩频 索贝尔算子 系统总响应误差 相似度因子 直线模型 特征显著性 热光关联成像 滤波发散 时变噪声统计估值器 截止频率 形态学 子带分析综合滤波器 姿态控制 多模块 均值漂移算法 均值漂移 四旋翼飞行器 噪声 变步长 双特征 卡尔曼滤波器 加权相似度 低通滤波器 l1自适应控制 hough变换
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
科研热词 遥感影像 薄云去除 细节 电磁超声 滤波器 模糊控制算法 方向滤波器组 支持向量机 插值算法 快速 局部 图像增强 内插滤波器 lms算法 ac系数
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
科研热词 推荐指数 自适应滤波 2 非线性函数 1 阈值去噪 1 金字塔分解 1 速度滤波器 1 车辆工程 1 融合 1 自适应递归滤波辨识算法 1 自适应iir滤波器 1 神经网络 1 特征值分解 1 模型参考自适应系统 1 显微图像 1 收敛 1 心电信号 1 形态学滤波 1 小波滤波 1 多尺度卡尔曼滤波 1 多尺度 1 图像配准 1 图像增强 1 参数自适应律 1 主成分分析 1 lyapunov理论 1 gabor滤波 1
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
科研热词 遗忘因子 边缘检测 边缘提取 自适应高斯平滑 自适应阈值 联邦滤波器 显微图像 数据融合 图像边缘 图像融合 sagehusa自适应滤波 otsu方法 gps/dr gabor滤波 canny算法
消多普勒饱和吸收稳频参考-cosy
消多普勒饱和吸收稳频参考-cosy（Coherent Optical Spectrum Analyzer）是一种用于频谱分析和相位测量的光学仪器，它采用消多普勒饱和吸收光谱技术，具有高精度、快速响应和宽工作范围等特点，广泛应用于光通信、光谱分析、光频测量等领域。
1. 原理和工作原理消多普勒饱和吸收技术是一种基于量子干涉原理的高分辨率频率测量方法，其原理是利用光子与原子之间的相互作用，通过多普勒效应和周期性调制的方式实现对光频的极高精度测量。
消多普勒饱和吸收稳频参考-cosy利用这一原理，通过将激光器发出的光束与腔内的频率参考信号相干叠加，实现对光谱的高精度分析和测量。
2. 技术特点消多普勒饱和吸收稳频参考-cosy具有以下技术特点：1) 高精度：消多普勒饱和吸收技术具有高分辨率和高灵敏度，能够实现对光频的极高精度测量，满足对频率稳定性要求较高的应用场景。
2) 快速响应：消多普勒饱和吸收稳频参考-cosy具有快速响应的特点，能够实时监测光频的变化，并实现快速调整和反馈控制。
3) 宽工作范围：消多普勒饱和吸收稳频参考-cosy能够覆盖较宽的光频范围，适用于不同频段的光频测量和分析。
3. 应用领域消多普勒饱和吸收稳频参考-cosy广泛应用于光通信、光频测量、光谱分析等领域，具体包括：1) 光通信系统中的频率参考和稳频调制：消多普勒饱和吸收稳频参考-cosy可用于光通信系统中的频率参考源和稳频调制，保证通信系统的稳定性和可靠性。
2) 光频测量和频率锁定：消多普勒饱和吸收稳频参考-cosy可用于光频的精确测量和频率锁定，实现对光信号的准确控制和调制。
3) 光谱分析和频率标定：消多普勒饱和吸收稳频参考-cosy可用于光谱分析和频率标定，对光信号的频率特性和频率稳定性进行全面的分析和评估。
4. 发展趋势消多普勒饱和吸收稳频参考-cosy作为一种高精度、快速响应、宽工作范围的光学仪器，具有广阔的应用前景和发展空间。
【国家自然科学基金】_近红外光学成像_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140803
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51
推荐指数 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
科研热词 推荐指数 高光谱成像仪 2 近红外 2 谱线弯曲 2 色畸变 2 消色差棱镜 2 光谱学 2 光学成像 2 频域漫射层析成像 1 靶向探针 1 近红外荧光探针 1 近红外成像 1 衰减系数 1 表面修饰 1 荧光探针 1 脑动脉 1 肿瘤成像 1 肿瘤 1 肽成像 1 红外透过率 1 红外材料 1 精子蛋白17 1 稀土纳米材料 1 磁共振成像 1 硫系玻璃 1 电阻率 1 生物组织成像 1 生物医学应用 1 生物医学 1 河流表面流速场 1 氟化硼络合二吡咯甲川 1 智能相机 1 时间平均流场 1 时空联合滤波 1 扩散光学断层成像 1 应用 1 宫颈癌 1 大尺度粒子图像测速仪 1 多光谱成像 1 图像分割 1 吲哚菁绿 1 制备 1 内窥式 1 光学非均匀性 1 光学相干层析成像 1 光学特性 1 体网格 1 位错 1 乳腺癌 1 上转换效应 1 te溶剂-bridgman法 1 spectroscopy 1 spectral-line bending 1
带你走进“鬼成像”
带你⾛进“⿁成像”⿁成像概述⿁成像是近年来引起⼴泛研究的⼀种成像技术。
与传统成像光学不同的是，在⿁成像中，光源被分成两束，⼀束光照在物体上，并通过⼀个没有空间分辨能⼒的桶探测器接收透过物体的总光强，另⼀束光直接被⼀个具有空间分辨能⼒的探测器探测，将两个探测器的信号进⾏⼆阶关联运算即可得到物体的像，其测量装置如图1所⽰。
从光源发出的光被分束器分成两部分：⼀部分经过参考系统，另⼀部分经过信号系统。
光场强度关联测量由两个系统输出平⾯上的探测器分别记录强度，输⼊关联器作乘法运算，再对乘积进⾏多次平均后得到强度关联分布。
中科院上海光机所副研究员、“⿁成像”X光显微镜研究的主要负责⼈喻虹解释说：传统光学成像是基于光的分布测量，⽽“⿁成像”则是基于光波能量的关联测量。
确切地说，不是“看见”，⽽是“算出”。
整个世界就是⼀个由⽆数光⼦组成的量⼦场，这些光⼦如潮⽔般不停涨落，只是不为我们的⾁眼所见罢了。
最重要的是，量⼦场中每⼀个光⼦的状态都能被精确计算。
因此，通过对这些光⼦能量的探测和计算，便能为每⼀个成像⽬标反演出我们需要的图像。
⿁成像发展纠缠光源阶段上世纪80年代，前苏联学者Klyshko根据⾃发参量下转换光⼦对的纠缠⾏为，提出了“⿁”成像⽅案。
1995年，美国马⾥兰⼤学的史砚华⼩组利⽤⾃发参量下转换(SPDC)过程产⽣的纠缠光⼦对，结合符合测量技术，实现了⼀种关联成像和⼲涉现象，即所谓的“⿁ ”成像和“⿁”⼲涉。
2001年，波斯顿⼤学的⼀个⼩组率先发表评论：“纠缠是产⽣量⼦成像的重要前提条件，经典光不能模拟这种现象”。
经典激光实验实验装置如图3所⽰，He-Ne激光通过⼀个斩波器，被⼀个随机旋转的反射镜反射，再经光学分束器分成两路。
反射光束经过⼀透镜和物体后被⼀探测器收集，透射光束经过⼀透镜后被CCD 记录。
实验中的物体由两个字母UR组成。
关联测量得到的该物体的像如图10中的插图所⽰。
热光源阶段2002年经典光源的⿁成像就被罗切斯特⼤学的Bennink实现了，他们使⽤的是脉冲激光。
二阶关联成像与经典成像的比对研究
二阶关联成像与经典成像的比对研究贺腾【摘要】“鬼成像”，也就是关联成像，是一种源于量子理论的全新成像。
通过符合测量，关联成像提供了一种在没有物体的光路获得成像物体空间信息分布的方法。
最初，人们认为实现鬼成像的必要条件是量子纠缠。
进一步研究表明，赝热光源也是可以实现鬼成像。
由于赝热光源更普遍地存在于我们的生活中，因此，经赝热光源实现鬼成像，将更实用，所以对赝热光源鬼成像质量的研究，可以帮助人们更好地将这种技术应用于各个领域。
文章主要研究了赝热光二阶鬼成像技术，主要对二阶关联成像的分辨率做了研究，利用激光光源，分束镜，成像CCD等搭建实验系统，完成了双缝物体的赝热光二阶鬼成像实验，对实验得到的图像进行处理，再现了物体的像。
%The"ghost imaging", also known as correlated imaging, is a completely new theory of imaging deriving from quantum theory. By coincidence measurement, ghost imaging provides a method to obtain spatial distribution information of the object in the optical idle. Initially, it was claimed that entanglement was a crucial prerequisite for achieving ghost imaging. Actually a very close formal analogy was demonstrated that classic thermal light is also a way to achieve ghost imaging. Because it is more generally present in our lives, the technology of classical ghost imaging would be a more practical technology. The research to ghost imaging quality of classical thermal light would help people to better apply this technology in various fields. This paper studies the second-order ghost imaging with thermal light, second-order correlated imaging resolution to do the research, we build an experimental system by using a laser lightsource, beam lens, CCD imaging and other instruments, and complete the second-order ghost imaging experiments with thermal light of double-slit at different position, process the picture that received from the experiment, rebuild the image of object.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2016(035)030【总页数】4页(P118-121)【关键词】鬼成像;分辨率;二阶关联函数【作者】贺腾【作者单位】西安工业大学，西安710021【正文语种】中文【中图分类】O431.2关联成像，又称为“鬼”成像、双光子成像或量子成像。
资料
211233494_基于量子关联的显微成像研究进展
基于量子关联的显微成像研究进展朱孝辉，梁小茜，谭威，黄贤伟，白艳锋，傅喜泉*（湖南大学信息科学与工程学院，湖南长沙 410082）摘要：简要回顾了量子关联成像的基本原理和发展历程，从量子光源和经典光源的角度详细介绍了量子关联成像在显微成像中的研究进展。
做出了基于经典源的量子关联成像因易于实施、成本较低，在显微成像中更具应用前景的判断。
关键词：成像系统；显微成像；量子关联成像；量子光学中图分类号：TB939；O431 文献标志码：A 文章编号：1674-5795（2023）03-0060-15 Advances in microscopic imaging based on quantum correlationZHU Xiaohui, LIANG Xiaoqian, TAN Wei, HUANG Xianwei, BAI Yanfeng, FU Xiquan*(College of Computer Science and Electronic Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China) Abstract: The basic principles and development history of quantum correlated imaging are briefly reviewed, and the research progress of quantum correlated imaging in microscopic imaging is introduced in detail from the per⁃spective of quantum light sources and classical light sources. Quantum correlated imaging based on classical light sources is easy to implement and low in cost, making it more promising in microscopic imaging.Key words: imaging system; microscopic imaging; quantum correlated imaging; quantum optics0 引言显微成像是探索生物组织结构和功能的主要方法，光学显微镜是显微成像中应用广泛和有效的工具。
鬼成像原理与进展研究
第４１卷第１期２０２１年２月㊀南京邮电大学学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｏｓｔｓａｎｄＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）㊀Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．１Ｆｅｂ ２０２１ｄｏｉ：１０．１４１３２／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７３⁃５４３９．２０２１．０１．００９鬼成像原理与进展研究赵生妹１，２，赵㊀亮１，郭㊀辉１，王㊀乐１，郑宝玉１，２１．南京邮电大学信号处理与传输研究院，江苏南京㊀２１０００３２．南京邮电大学宽带无线通信与传感网技术教育部重点实验室，江苏南京㊀２１０００３()摘要：鬼成像，即关联成像，是近年来量子光学研究的前沿和热点之一，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㊂鬼成像提供了一种运用常规手段难以获得清晰图像的方法，能够解决一些常规成像不易解决的问题㊂经过二十几年的发展，已被应用于军事㊁雷达探测和光学加密，未来还可进一步应用于病理分析㊁材料研究㊁生命科学和物质科学等领域㊂文中从鬼成像的历史起源开始，回顾其发展历程，介绍鬼成像的原理，分析影响鬼成像质量的因素，并对鬼成像系统中散斑结构与产生㊁重构方法和系统优化等方面进行阐述，同时简述了鬼成像技术在光学加密和边缘检测中的应用研究㊂关键词：成像系统；鬼成像；关联成像；计算成像中图分类号：ＴＰ７５１；Ｏ４３１㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀文章编号：１６７３⁃５４３９（２０２１）０１⁃００６５⁃１３ＲｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｇｈｏｓｔｉｍａｇｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅＺＨＡＯＳｈｅｎｇｍｅｉ１，２，ＺＨＡＯＬｉａｎｇ１，ＧＵＯＨｕｉ１，ＷＡＮＧＬｅ１，ＺＨＥＮＧＢａｏｙｕ１，２１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ＆Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｏｓｔｓａｎｄＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００３，Ｃｈｉｎａ２．ＫｅｙＬａｂｏｆＢｒｏａｄｂａｎｄＷｉｒｅｌｅｓｓＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，㊀ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｏｓｔｓａｎｄＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００３，Ｃｈｉｎａæèççöø÷÷Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｇｈｏｓｔｉｍａｇｉｎｇ（ＧＩ），ｗｈｉｃｈｉｓａｌｓｏｎａｍｅｄｃｏｒｒｅｌａｔｅｄｉｍａｇｉｎｇ，ｉｓｃｕｒｒｅｎｔｌｙａｈｏｔｔｏｐｉｃｉｎｑｕａｎｔｕｍｏｐｔｉｃｓ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｅｎｔａｎｇｌｅｍｅｎｔｏｒｆｉｅｌｄｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ，ａｃｌｅａｒｉｍａｇｅｏｆａｎｏｎ⁃ｌｏ⁃ｃａｌｉｚｅｄｏｂｊｅｃｔｉｓｏｂｔａｉｎｅｄ，ａｔｔｈｅｉｄｌｅｒｐａｔｈ，ｂｙｈａｒｎｅｓｓｉｎｇｔｈｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｉｇｎａｌｂｅａｍａｎｄｔｈｅｉｄｌｅｂｅａｍ．ＧＩｈａｓｈｕｇｅｖａｌｕｅｓａｎｄｅｘｔｅｎｓｉｖｅｕｓａｇｅｓｉｎｏｐｔｉｃａｌｌｙｈａｒｓｈ（ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｂｅｒｅａｃｈｅｄ）ｏｒｎｏｉｓｙｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ．Ａｆｔｅｒｍｏｒｅｔｈａｎｔｗｏｄｅｃａｄｅｓｏｆｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ＧＩｈａｓｆｏｕｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｍｉｌｉｔａｒｙ，ＬＩＤＡＲ，ｏｐｔｉｃａｌｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ，ｓｏｏｎ，ａｎｄｔｈｅｉｒｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｐａｔｈｏｌｏｇｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ，ｍａｔｅｒｉａｌｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｌｉｆｅｓｃｉｅｎｃｅｓ．ＢｙｒｅｖｉｅｗｉｎｇｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｈｉｓｔｏｒｙｏｆＧＩ，ｔｈｅｐｒｉｃｉｐｌｅｏｆｇｈｏｓｔｉｍａｇｉｎｇｉｓｉｎ⁃ｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｔｈｅｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｇｈｏｓｔｉｍａｇｉｎｇａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｓｐｅｃｋｌｅｇｅｎｅｒ⁃ａｔｉｏｎ，ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＧＩｓｙｓｔｅｍａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆＧＩｉｎｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｅｄｇｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｒｅｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｍａｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；ｇｈｏｓｔｉｍａｇｉｎｇ（ＧＩ）；ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄｉｍａｇｉｎｇ；ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｉｍａｇｉｎｇ收稿日期：２０２０⁃０９⁃０２㊀㊀本刊网址：ｈｔｔｐ：ʊｎｙｚｒ．ｎｊｕｐｔ．ｅｄｕ．ｃｎ基金项目：国家自然科学基金（６１８７１２３４，１１８４７０６２）和江苏省研究生创新计划（ＫＹＣＸ１８＿０９００）资助项目作者简介：赵生妹，女，博士，教授，博士生导师，ｚｈａｏｓｍ＠ｎｊｕｐｔ．ｅｄｕ．ｃｎ引用本文：赵生妹，赵亮，郭辉，等．鬼成像原理与进展研究［Ｊ］．南京邮电大学学报（自然科学版），２０２１，４１（１）：６５－７７．㊀㊀鬼成像（ＧｈｏｓｔＩｍａｇｉｎｇ，ＧＩ）又被称为关联成像（ＣｏｒｒｅｌａｔｅｄＩｍａｇｉｎｇ），是量子光学领域的前沿和热点之一［１－５］㊂与传统成像不同，该成像系统包括两支光路，其中一支光路经过待测物体，由桶探测器收集信息（称为信号支路），另一支光路由具有空间分辨率的点探测器收集信息（称为参考支路），通过两支光路的复合测量，能够在没有物体的参考支路中获得物体清晰的像，因而被称为 鬼 成像㊂由于鬼成像本身的非定域特性，使得它能够解决一些常规成像不易解决的问题，成为分布式图像处理㊁分布式感知及通信方案等最有力的候选㊂鬼成像的思想起源于自发参量下转换（Ｓｐｏｎｔａ⁃ｎｅｏｕｓＰａｒａｍｅｔｒｉｃＤｏｗｎＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，ＳＰＤＣ）光子对的纠缠行为［６］㊂１９９５年，Ｐｉｔｔｍａｎ等［７］首次根据Ｋｌｙｓｈｋｏ的理论完成了在不包含物体的光路上获得待测物体像的实验，证实了量子鬼成像的非定域性，此时鬼成像技术被认为是一种量子关联特性㊂然而，Ｂｅｎｎｉｎｋ等［８］于２００２年成功地完成了基于经典光源随机散斑光场的鬼成像实验，该实验说明了鬼成像的实现过程并不一定需要纠缠光源，即经典光场的随机涨落同样也可以实现鬼成像㊂于是，鬼成像的机理和实现方案引起了人们极大的兴趣［９－１７］㊂特别是Ｓｈａｐｉｒｏ［１８］提出了计算鬼成像理论（Ｃｏｍｐｕｔａ⁃ｔｉｏｎａｌＧｈｏｓｔＩｍａｇｉｎｇ，ＣＧＩ），参考支路的光场可通过计算方式，而不是实验探测获取，极大简化了鬼成像实现方案配置㊂于是，Ｂｒｏｍｂｅｒｇ等［１９］给出了基于单探测器的鬼成像实验方案㊂作者用一个受电脑控制的空间光调制器（ＳｐａｔｉａｌＬｉｇｈｔＭｏｄｕｌａｔｏｒ，ＳＬＭ）代替旋转的毛玻璃以产生随机散斑光场，利用桶探测器的测量㊁计算得到待测物体上的散斑值间的关联性，恢复出待测物体的像，因而也称为计算鬼成像㊂至此，鬼成像实验实现的要求被极大地降低，相关的应用也得到进一步拓展［２０］㊂同时，为提升鬼成像质量和减少鬼成像时间，差分鬼成像［２１］㊁归一鬼成像［２２］㊁正（负）鬼成像［２３］和对应鬼成像［２４］等方案被提出㊂此外，信号处理中的压缩感知（ＣｏｍｐｒｅｓｓｅｄＳｅｎｓｉｎｇ，ＣＳ）技术［２５］也被应用于鬼成像，出现了成像质量高㊁采样时间短的压缩鬼成像［２６－２８］㊂不久，计算鬼成像被认识到与单像素成像理论相一致［２９］，又出现了多种基于正交变换（如傅里叶变换㊁正弦变换㊁哈达码变换等）的高质量单像素成像方法［３０－３２］㊂与此同时，国内研究人员为鬼成像的理论㊁技术及实用化进程作出了巨大贡献㊂例如，中国科学院上海光机所韩申生研究小组［３３－３５］实现了三维关联雷达成像㊁Ｘ射线鬼成像等，极大地拓展了鬼成像研究范畴和应用领域㊂北京师范大学汪凯戈研究小组对热光一阶干涉和成像进行了系统研究［３６］，提出了多波长复用鬼成像等多种方案［３７］，拓展了对热光相干性的认识㊂中国科学院物理所吴令安研究小组首次利用太阳光的二阶相干性提出了日光鬼成像方案［３８］，揭示了鬼成像技术从实验室走向实用化的可行性，同时提出了对应鬼成像方案［３９］㊂上海交通大学曾贵华研究小组［４０］提出了偏振鬼成像和极限环境下的鬼成像方法㊂国防科技大学陈平形研究小组［４１］提出了基于非负指数散斑调制的快速鬼成像方法㊂西安交通大学李福利研究小组［４２］利用压缩热光实现鬼成像，有效地提高了成像对比度㊂南京理工大学陈钱研究小组［４３］给出了基于计算鬼成像的边缘检测方法等㊂鬼成像具有广阔的应用前景和实际应用价值㊂相对于量子纠缠光源，经典热光源（包括赝热光源或热光源）更容易获取，具有巨大应用前景㊂因此，本文将以经典赝热光源为例，阐述鬼成像的基本原理，分析影响鬼成像成像质量的基本因素，简述鬼成像技术的最新进展㊂１ 鬼成像基本原理图１是鬼成像系统原理示意图㊂激光器所发出的光经光源调制器后获得可用于鬼成像的散斑光场（常称为赝热光源），其中，散斑记作Ｒｉ（ｘ，ｙ），ｉ＝１，２， ，Ｎ，光源调制器可以是旋转的毛玻璃，也可以是ＳＬＭ㊁数字微镜设备（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏ⁃ｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ，ＤＭＤ）或投影仪等，经过分束器分成Ａ和Ｂ两支路，Ａ支路（信号支路）在距光源ｚ１处有一待测物体，其投射率函数为Ｔ（ｘ，ｙ）（也可以是反射型待测物体），光束透过待测物体（或从物体上反射）后被桶探测器接收，记为探测值Ｂｉ，ｉ＝１，２， ，Ｎ㊂Ｂ支路（参考支路）在距离光源ｚ２＝ｚ１处有一个电荷藕合器件（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ，ＣＣＤ）采集光场信号，记作Ｉｉ（ｘ，ｙ），ｉ＝１，２， ，Ｎ㊂一方面，信号支路包含待测物体信息，但是由于不对信号支路作任何具有空间分辨的测量，因而不能获取物体的像㊂另一方面，参考支路的ＣＣＤ可进行具有空间分辨的测量，但由于参考支路中没有待测物体，因而也不能获取待测物体的像（信息）㊂但是，通过信号支路和参考支路的关联测量，可以在参考支路上得到待测物体的像，因此，该技术被称为 鬼 成像㊂６６南京邮电大学学报（自然科学版）㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２１年z 1=z 2赝热光源光源调制器R i （x,y ）z 2I i （x ,y ）T G I （x,y ）B i物体T （x ,y ）关联处理ABC C D图１㊀鬼成像系统原理示意图通过Ｎ个不同散斑对待测物体的一系列照射得到对应桶探测值Ｂｉ，ｉ＝１，２， ，Ｎ，可以表示为Ｂｉ＝ðｘðｙＩｉ（ｘ，ｙ）Ｔ（ｘ，ｙ）（１）其中，Ｉｉ（ｘ，ｙ）可通过ＣＣＤ测量得到，或者通过对Ｒｉ（ｘ，ｙ）解光场衍射方程计算获得，Ｉｉ（ｘ，ｙ）＝｜Ｒｉ（ｘ，ｙ）∗ｈｚ（ｘ，ｙ）｜２，其中，∗表示卷积，ｈｚ（ｘ，ｙ）表示距离为ｚ处的菲涅尔衍射冲击响应㊂假设散斑大小为ｐˑｑ像素，则Ｎ次散斑光场可以改写成矩阵形式，即Ａ＝Ｉ１（１，１）Ｉ１（１，２） Ｉ１（ｐ，ｑ）Ｉ２（１，１）Ｉ２（１，２） Ｉ２（ｐ，ｑ）︙︙⋱︙ＩＮ（１，１）ＩＮ（１，２）ＩＮ（ｐ，ｑ）éëêêêêêùûúúúúú（２）其中，每行为一散斑光场，大小为ｐˑｑ㊂若同时将待测物体透射系数Ｔ（ｘ，ｙ）也写成矩阵形式，且假设待测物体大小也为ｐˑｑ，即Ｔ＝［Ｔ（１，１）㊀ ㊀Ｔ（ｐ，ｑ）］Ｔ（３）则Ｎ次散斑照射获得桶探测器值可表示为Ｂ＝ＡＴ（４）其中，Ｂ＝［Ｂ１㊀ ㊀ＢＮ］Ｔ为Ｎ次桶探测器值㊂利用两支路光场间关联，通过重构方法，在参考支路可以获得待测物体清楚的像㊂２㊀影响鬼成像质量的关键因素分析影响鬼成像质量的因素，可以归纳为散斑结构与产生㊁重构方法和系统优化等几个方面㊂下面，将分别从这几个方面综述鬼成像技术在相关领域的研究进展㊂２．１㊀散斑结构与产生鬼成像系统实现中，需要通过一系列散斑对待测物体进行一定次数的照射，从而获得对应桶探测器值㊂因此，散斑结构和散斑的产生影响着鬼成像系统实现和鬼成像质量㊂㊀㊀（１）散斑结构从目前已提出的鬼成像方案看，其散斑结构基本上可以归纳为两大类，即随机散斑和结构化散斑㊂随机散斑是指散斑光场的空间强度分布服从高斯分布或者伯努利分布，其中伯努利分布是二值的随机分布㊂基于热光光源的鬼成像是利用随机散斑的涨落实现的㊂但是由于实际中热光光源相关时间很短，普通的光电探测器的响应不够快，不能测出热光瞬时强度的变化；同时普通的热光源强度很低，其光场强度的涨落就很容易被光子的散粒噪声所掩盖㊂因此，实际上常使用赝热光源替代热光光源进行鬼成像㊂赝热光源是由一束激光（相干光）被一块旋转的毛玻璃散射而获得［８－９］㊂毛玻璃的旋转保证了散射光场在时间和空间上都发生涨落，并且其涨落服从高斯分布，很好地模拟出热光光场的统计性质，其中光场的相干面积取决于照射在毛玻璃上光斑的大小，光场的相干时间则由毛玻璃的转速决定㊂此外，也可在计算鬼成像中，考虑使用ＳＬＭ等设备产生涨落关系预知的随机散斑㊂这时，由于光场的分布关系已知，因而不再需要使用ＣＣＤ探测光场强度的分布情况，而是依据已设计的散斑结构产生不同特性的随机散斑光场，如空间强度分布服从指数分布㊁瑞利分布㊁Ｂｅｔａ分布㊁对数正态分布和泊松分布等随机散斑光场［４］㊂但是，由于ＳＬＭ和ＤＭＤ等设备无法承受大功率的光强，远距离鬼成像场景还是需要通过旋转的毛玻璃实现㊂结构化散斑是指散斑的空间强度分布满足特定的结构，常见的如傅里叶散斑和哈达玛散斑㊂２０１５年，钟金钢研究小组［３０］通过正弦结构的傅里叶散斑照射待测物体，从而直接获得待测物体的傅里叶频谱，再应用傅里叶逆变换便可获得待测物体的图像的单像素成像㊂该方法的特点在于利用鬼成像建立起待测物体的空域和傅里叶频域的关系，其中，傅里叶散斑的形式可设计为Ｉ（ｘ，ｙ，ｆｘ，ｆｙ，ϕ）＝ａ＋ｂｃｏｓ（２πｆｘｘ＋２πｆｙｙ＋ϕ）（５）其中，ａ为直流偏置量，代表散斑的平均能量；ｂ为常数，反映了散斑的能量方差；（ｘ，ｙ）和（ｆｘ，ｆｙ）分别表示空间坐标和空间频率坐标；ϕ为初始相位㊂此时，桶探测器测量结果应与初始相位有关，表示为Ｂ（ｆｘ，ｆｙ，ϕ）＝ʏＩ（ｘ，ｙ，ｆｘ，ｆｙ，ϕ）Ｔ（ｘ，ｙ）ｄｘｄｙ（６）另外，笔者研究小组［３２］于２０１６年提出基于快速沃尔什⁃哈达玛（Ｗａｌｓｈ⁃Ｈａｄａｍａｒｄ）变换的鬼成像７６第１期赵生妹，等：鬼成像原理与进展研究方案，使用哈达玛散斑照射待测物体，直接获得物体的沃尔什⁃哈达玛变换频谱，建立起基于鬼成像的物体空域和沃尔什⁃哈达玛变换频域间的关系㊂利用快速沃尔什⁃哈达玛变换的蝶形递归结构，仅需要Ｎｌｏｇ２Ｎ次加法运算即可获得成像，极大地减少了重构所需时间㊂此外，由于哈达玛散斑具有二值特性，因此更易于ＤＭＤ设备的实现㊂通常构造哈达玛散斑的方法是先构造沃尔什⁃哈达玛矩阵Ｈｋ，然后将矩阵的每一个行向量重排得到哈达玛散斑㊂维数为２的沃尔什⁃哈达玛矩阵Ｈ１为Ｈ１＝１㊀㊀１１㊀－１éëêêùûúú（７）维数为２ｋ的自然顺序的沃尔什⁃哈达玛矩阵Ｈｋ为Ｈｋ＝Ｈｋ－１㊀Ｈｋ－１Ｈｋ－１－Ｈｋ－１éëêêùûúú（８）通过式（８）可以预先构造出沃尔什⁃哈达玛矩阵Ｈｋ㊂但是这种方法需要消耗较大的内存，且需要等待整个沃尔什⁃哈达玛矩阵构造完成后生成散斑㊂为此，笔者研究小组［３２］给出了一种基于迭代构造哈达玛散斑的方法，以避免消耗过大的内存㊂其思路是将每个哈达玛散斑都拉伸为一个行向量，则第ｉ个哈达玛散斑的第ｊ个元素ｈ（ｉ，ｊ）可以由迭代公式计算得到，表示如下ｈ（ｉ，ｊ）＝１㊀㊀㊀㊀㊀ｉ＝０，０ɤｊɤＮ－１（－１）ｊｉ＝１，０ɤｊɤＮ－１ｈ(⌊ｉ２」，⌊ｊ２」)ｈ(ｉ－２⌊ｉ２」，ｊ)２ɤｉɤＮ－１，０ɤｊɤＮ－１ìîíïïïïïï（９）其中，⌊」表示向下取整㊂针对同一待测物体，不同散斑下鬼成像结果并不相同，如图２所示㊂同等条件下哈达玛散斑获得的重新图像质量最好，且基于迭代构造哈达玛散斑的重构时间也是最短的㊂在此基础上，学者们提出了大量基于Ｈａｄａｍａｒｄ散斑的构造方法㊂２０１７年，孙鸣捷研究小组［４４］提出了一种基于 俄罗斯套娃 的Ｈａｄａｍａｒｄ散光斑构造方法㊂２０１９年，李明飞等［４５］给出了Ｈａｄａｍａｒｄ矩阵的优化排序方法㊂（２）散斑产生当完成散斑结构设计后，下一步工作是如何获取这样的散斑，即散斑的产生问题㊂在早期鬼成像系统中，特别是赝热光源鬼成像实验中，可通过在赝热光源前放置一旋转的毛玻璃获取高斯分布的随机散斑［８］利用ＤＭＤ㊁ＳＬＭ及投影仪等设备获得随机或结构化散斑的方法［１９］㊂为了进一步提升散斑制备速度，Ｓｏｎｇ等［４６］于２０１６年设计了利用液晶显示屏（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ，ＬＣＤ）产生结构化散斑的方法㊂随后，孙鸣捷研究小组［４７］于２０１８年利用ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）控制ＬＥＤ阵列实现了１０００帧／ｓ速率的散斑，进一步加快了鬼成像的成像速度㊂同年，Ｌｉｕ等［４８］提出了一种基于光纤相控阵（ＯＦＰＡ）的方案，通过高速电光调制器，调制ＯＦＰＡ实现更快的产生散斑方法㊂与此同时，徐卓研究小组［４９］于２０１９年利用红绿蓝三彩色ＬＥＤ阵列实现了１００ＭＨｚ低光照下的三彩色散斑㊂原图仿真实验M S E =0.0953t =0.831979s M S E =0.0296t =0.126291s M S E =0.1842t =0.814628sM S E =0.0352t =0.122257sM S E =0.1582t =0.979441sM S E =0.0239t =0.122922sM S E =0.0624t =0.991725s M S E =0.0233t =0.121204s 使用随机散斑的关联成像使用傅里叶散斑的关联成像M S E =0.0243t =0.020113sM S E =0.0262t =0.019703sM S E =0.00013869t =0.020539sM S E =0.00005337t =0.020476s使用哈达玛散斑的关联成像M S E =0.1073t =0.836177s M S E =0.0396t =0.124291s M S E =0.0809t =0.988196s M S E =0.0047t =0.122785s M S E =0.0358t =0.019962sM S E =0.00005247t =0.020420s图２㊀不同散斑下鬼成像结构对比［３２］２．２㊀重构方法在鬼成像系统中获得桶探测器值及照射待测物体的光场散斑后，后期任务就是在参考支路上重构待测物体㊂根据不同的散斑，重构方法可以归纳为基于二阶关联的重构㊁基于压缩感知算法的重构㊁基于傅里叶逆变换的重构㊁基于矩阵运算的重构和基于机器学习的重构等几种，现分别描述如下㊂８６南京邮电大学学报（自然科学版）㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２１年２．２．１㊀基于二阶关联的重构方法光场的二阶相干性可以由二阶关联函数表示，即Ｇ（２）（ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４）＝ Ｅ（ｘ１）Ｅ（ｘ２）Ｅ∗（ｘ３）Ｅ∗（ｘ４）⓪（１０）其中，Ｅ（∗）为在∗点位置的光场㊂如果光场是满足高斯统计分布的热光场，根据高斯矩定理，任意高阶关联函数都可用一阶关联函数表示㊂对于二阶关联函数，可推导出Ｇ（２）（ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４）＝Ｇ（１）（ｘ１，ｘ３）Ｇ（１）（ｘ２，ｘ４）＋Ｇ（１）（ｘ１，ｘ４）Ｇ（１）（ｘ２，ｘ３）（１１）其中，Ｇ（１）（ｘｉ，ｘｊ）＝ Ｅ（ｘｉ）Ｅ（ｘｊ）⓪㊂考虑ｘ１＝ｘ４，ｘ２＝ｘ３，式（１１）即表示两个空间点的光强间关联，记为Ｇ（２）（ｘ１，ｘ２）＝ Ｉ（ｘ１）Ｉ（ｘ２）⓪＝Ｇ（１）（ｘ１，ｘ１）Ｇ（１）（ｘ２，ｘ２）＋Ｇ（１）（ｘ１，ｘ２）Ｇ（１）（ｘ２，ｘ１）＝ Ｉ（ｘ１）⓪ Ｉ（ｘ２）⓪＋｜Ｇ（１）（ｘ１，ｘ２）｜２（１２）针对图１所示的鬼成像系统，若Ｔ（ｘ１）为待测物体，并假设ｘ０，ｘ１，ｘｔ，ｘｒ分别为光源㊁待测物体㊁桶探测器和ＣＣＤ上的一点，ｚ１，ｚ２，ｚ分别为光源到物体㊁物体到桶探测器以及光源到ＣＣＤ的距离，则由光源到达ＣＣＤ的光场Ｅ（ｘｒ）为Ｅ（ｘｒ）＝ʏＥ（ｘ０）ｈ２（ｘ０，ｘｒ）ｄｘ０（１３）由光源到达桶探测器的光场Ｅ（ｘｔ）为Ｅ（ｘｔ）＝ʏＥ（ｘ０）ｈ１（ｘ０，ｘｔ）ｄｘ０（１４）其中，Ｅ（ｘ０）为光源处光场，ｈ１（ｘ０，ｘｔ）㊁ｈ２（ｘ０，ｘｒ）分别表示信号支路和参考支路的脉冲响应函数㊂ｈ１（ｘ０，ｘｔ）＝ʏｄｘ１ｅｘｐ［ｊｋｚ１］ｊλｚ１ｅｘｐｊπ（ｘ１－ｘ０）２λｚ１éëêêùûúúˑＴ（ｘ１）ｅｘｐ［ｊｋｚ２］ｊλｚ２ｅｘｐｊπ（ｘｔ－ｘ１）２λｚ２éëêêùûúú（１５）ｈ２（ｘ０，ｘｒ）＝ｅｘｐ［ｊｋｚ］ｊλｚｅｘｐｊπ（ｘｒ－ｘ０）２λｚéëêêùûúú（１６）将式（１３）和式（１４）代入一阶关联函数公式，可得桶探测器与ＣＣＤ光场间一阶关联函数为Ｇ（１）（ｘｒ，ｘｔ）＝ Ｅ（ｘｔ）Ｅ∗（ｘｒ）⓪＝ʏＥ（ｘｔ）ｈ１（ｘ０，ｘｔ）ｄｘ０ʏＥ∗（ｘᶄ０）ｈ∗２（ｘᶄ０，ｘｒ）ｄｘᶄ０⓪＝ʏʏ Ｅ（ｘ０）Ｅ∗（ｘᶄ０）⓪ ｈ１（ｘ０，ｘｔ）⓪ｈ∗２（ｘᶄ０，ｘｒ）ｄｘ０ｄｘᶄ０＝Ｇ（１）（ｘ０，ｘᶄ０） ｈ１（ｘ０，ｘｔ）⓪ｈ∗２（ｘᶄ０，ｘｒ）ｄｘ０ｄｘᶄ０＝Ｉ０ʏｈ１（ｘ０，ｘｔ）⓪ｈ∗２（ｘ０，ｘｒ）ｄｘ０＝Ｉ０ʏʏｅｘｐ［ｊｋｚ１］ｊλｚ１ｅｘｐｊπ（ｘ１－ｘ０）２λｚ１éëêêùûúú Ｔ（ｘ１）⓪ˑｅｘｐ［ｊｋｚ２］ｊλｚ２ｅｘｐｊπ（ｘｔ－ｘ１）２λｚ２éëêêùûúúˑｅｘｐ［－ｊｋｚ］－ｊλｚｅｘｐ－ｊπ（ｘｒ－ｘ０）２λｚéëêêùûúúｄｘ１ｄｘ０＝Ｉ０ｅｘｐ［ｊｋｚ１＋ｊｋｚ２－ｊｋｚ］ｊλ３ｚｚ１ｚ２ʏʏ Ｔ（ｘ１）⓪ˑｅｘｐｊπ（ｘ１－ｘ０）２λｚ１＋ｊπ（ｘｔ－ｘ１）２λｚ２－ｊπ（ｘｒ－ｘ０）２λｚéëêêùûúúｄｘ１ｄｘ０设光源到物体的距离等于光源到ＣＣＤ的距离，即ｚ１＝ｚ，且待测物体表面满足随机反射条件［５０］，即 Ｔ（ｘ１）Ｔ∗（ｘᶄ１）⓪＝Ｏ（ｘ１）δ（ｘ１－ｘᶄ１），于是，桶探测器与ＣＣＤ上光场的一阶关联函数可改写为Ｇ（１）（ｘｒ，ｘｔ）２＝Ｉ０ｅｘｐ［ｊｋｚ１＋ｊｋｚ２－ｊｋｚ］ｊλ３ｚｚ１ｚ２ʏʏ Ｔ（ｘ１）⓪ˑｅｘｐ[ｊπ（ｘ１－ｘ０）２λｚ１＋ｊπ（ｘｔ－ｘ１）２λｚ２－ｊπ（ｘｒ－ｘ０）２λｚ]ｄｘ１ｄｘ０２＝Ｉ２０λ６ｚ４ｚ２２ʏＯ（ｘ１）ｓｉｎｃ２Ｓ（ｘｒ－ｘ１）λｚéëêêùûúúｄｘ１其中，Ｓ为光源的横向尺度㊂随着光源的横向尺度的增大，ｓｉｎｃ（ｘ）函数将趋近于δ（ｘ），上式可改写为｜Ｇ（１）（ｘｒ，ｘｔ）｜２＝Ｉ２０λ６ｚ４ｚ２２Ｏ（ｘｒ）（１７）同理，可以推导出Ｉ（ｘｔ）⓪ Ｉ（ｘｒ）⓪＝Ｉ２０Ｓ２Ｏλ６ｚ４ｚ２２（１８）其中，Ｏ＝ʏＯ（ｘ１）ｄｘ１表示物体的透过面积㊂于是，得到式（１２）的结果为Ｇ（２）（ｘｔ，ｘｒ）＝Ｉ２０Ｓ２Ｏλ６ｚ４ｚ２２＋Ｉ２０λ６ｚ４ｚ２２Ｏ（ｘｒ）（１９）即二阶关联的结果与待测物体成比例㊂因此，通过二阶关联计算可以在参考支路上获得物体的像㊂重写公式，基于二阶关联重构物体的像可表示为Ｔ＾（ｘ，ｙ）ɖ Ｉ（ｘｒ）Ｉ（ｘｔ）⓪－ Ｉ（ｘｒ）⓪ Ｉ（ｘｔ）⓪＝１ＮðＮｉ＝１（Ｂｉ－ Ｂｉ⓪）（Ｉｉ（ｘ，ｙ）－ ＩＮ（ｘ，ｙ）⓪）（２０）９６第１期赵生妹，等：鬼成像原理与进展研究其中， ＩＮ（ｘ，ｙ）⓪＝１ＮðＮｎ＝１Ｉｉ（ｘ，ｙ）， Ｂｉ⓪＝１ＮðＮｎ＝１Ｂｉ，分别代表随机光斑Ｉｉ（ｘ，ｙ）和桶探测器Ｂｉ的均值㊂２．２．２㊀基于压缩感知算法的重构方法２００６年以来，压缩感知逐渐兴起并成为一种极具吸引力的信息采集理论，这种新的信号压缩传感理论，能够突破传统Ｎｙｑｕｉｓｔ采样定理极限，获得较高信号恢复质量的同时，极大地减少了采样次数［２５］㊂２００９年，Ｋａｔｚ等［２６］首次将压缩感知方法应用于鬼成像待测物体的重构，在获得高质量成像的条件下，极大地减少了鬼成像系统中所需的测量次数㊂２０１０年，Ｌｉｕ等［５１］基于压缩感知框架，提出了高质量的量子成像优化算法㊂中国科学院上海光机所韩申生研究小组分析了不同稀疏方法对鬼成像质量的影响，并提出稀疏约束下的关联成像雷达方案［５２－５３］㊂笔者研究小组也结合压缩感知重构方法，提出一些鬼成像改进方案［２７－２８，５４］㊂由压缩感知理论可知，它的基本过程表现为信号的稀疏表示㊁观测和重构３个方面，其具体步骤如下：（１）设ｘ是一个Ｎ维Ｋ稀疏的（Ｋ≪Ｎ）或是可压缩（即通过某种变换可成为Ｋ稀疏）的信号，可以得到信号ｘ的稀疏表示ｘ＝Ψｓ或ｓ＝ΨＴｘ（２１）其中，Ψ是大小为ＮˑＮ的正交的稀疏变换矩阵，ｓ为Ｎˑ１维Ｋ稀疏变换系数㊂（２）为了保证稀疏向量ｓ从Ｎ维降到Ｍ维的过程中重要信息不遭破坏，设计一个平稳的㊁与稀疏变换基Ψ不相关的ＭˑＮ（Ｍ＜Ｎ）维的观测矩阵Φ，对信号ｘ进行测量，得到向量ｙｙ＝Φｘ＝ΦΨｓ＝Θｓ（２２）其中，Θ＝ΦΨ，ｙ为Ｍˑ１维向量，该过程可看作原始信号ｘ在观测矩阵Φ下的线性投影㊂（３）设计一种快速重构算法，从线性观测ｙ＝Φｘ中恢复信号，其实就是０⁃范数意义下的优化问题的精确求解或近似逼近值ｓ＾，表示为ｓ＾＝ｍｉｎ ΨＴｘ ０㊀ｓ．ｔ．㊀ｙ＝Φｘ＝Θｓ（２３）（４）将ｓ＾再作稀疏逆变换，得到原信号ｘ的近似解ｘ＾㊂若待测物体是可稀疏化的，将鬼成像中桶探测器值构成的向量看作是观测向量，Ｎ次散斑构成矩阵看作是观测矩阵，在散斑矩阵与待测物体不相关条件下，可以基于压缩感知算法重构出待测物体㊂因为基于压缩感知的重构方法，要求散斑矩阵与待测物体不相关，因此，此时散斑常采用随机散斑，如高斯随机散斑或伯努利分布散斑，且在相同稀疏基和测量矩阵条件下，不同的压缩感知重构算法获取的恢复图像质量并不相同［５４］㊂图３是高斯随机散斑下基于增广拉格朗日法和交替方向法的全变分最小化算法（ＴＶＡＬ３）㊁正交匹配追踪算法（ＯＭＰ）㊁压缩采样匹配追踪算法（ＣｏＳａＭＰ）和梯度投影算法（ＧＰＳＲ＿Ｂａｓｉｃ）对鬼成像质量的影响㊂以均方误差（ＭＳＥ）㊁峰值信噪比（ＰＳＮＲ）㊁匹配度（ＭＲ）和结构相似性指标（ＳＳＩＭ）等作为成像质量客观评价标准㊂研究结果表明，在压缩比为０．５时，ＴＶＡＬ３算法还原度最高，ＣｏＳａＭＰ算法重建图像失真最为严重，且ＧＰＳＲ＿Ｂａｓｉｃ算法获得的重建性能要优于ＯＭＰ算法㊂O M PC o S a M PT V A L3G P S R_B a s i c0.10.20.30.40.5压缩比匹配度1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10.10.20.30.40.5压缩比结构相似性指标O M PC o S a M PT V A L3G P S R_B a s i c1.000.950.900.850.800.75O M PC o S a M PT V A L3G P S R_B a s i c2.52.01.51.00.50.10.20.30.40.5压缩比均方误差/14302520151050.10.20.30.40.5压缩比峰值信噪比O M PC o S a M PT V A L3G P S R_B a s i c图３㊀不同压缩比下４种压缩感知重建算法对鬼成像重构的影响［５２］基于压缩感知算法的重构方法存在一些缺点：（１）重构算法较复杂，特别是在实现大像素的待测物体成像时，时间太长，甚至有时无法计算出结果；０７南京邮电大学学报（自然科学版）㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２１年（２）无法克服背景光的干扰，这意味着当背景光也同时被探测器接收时，噪声信号的增加会导致信噪比降低，甚至淹没信号，极大地限制了鬼成像技术的应用㊂２．２．３㊀基于傅里叶逆变换的重构方法针对正弦或余弦散斑，暨南大学钟金钢研究小组于２０１５年提出了一种基于傅里叶逆变换的重构方法［３０］，其中，鬼成像中桶探测器值获取过程被看作是获取待测物体的频谱过程，则可通过傅里叶逆变换重构待测物体㊂若鬼成像中使用了正弦散斑，其数学形式为式（５），若为桶探测器则值是式（６），与待测物体信息的频谱有关㊂若考虑桶探测器在实验中将受到背景光的干扰，此时桶探测器的测量值可改为Ｄϕ（ｆｘ，ｆｙ）＝Ｄｎ＋ｋＥϕ（ｆｘ，ｆｙ）（２４）其中，ｋ为比例因子，其值由探测器的探测面尺寸和位置决定，Ｄｎ表示探测器对背景光的响应㊂若对待测物体在相同空间坐标（ｘ，ｙ）和空间频率坐标（ｆｘ，ｆｙ）下，在不同初始相位（例如，ϕ＝０，π／２，π，３π／２）上连续测量４次，通过对桶探测器值处理，可以获得该空间频率坐标的待测物体频谱信息，表现为Ｃ（ｆｘ，ｆｙ）＝１２ｂｋ［Ｄ０（ｆｘ，ｆｙ）－Ｄπ（ｆｘ，ｆｙ）］＋ｊ２ｂｋ［Ｄπ／２（ｆｘ，ｆｙ）－Ｄ３π／２（ｆｘ，ｆｙ）］＝ʏʏΩＴ（ｘ，ｙ）ｃｏｓ［２π（ｆｘｘ＋ｆｙｙ）］ｄｘｄｙ－ｊʏʏΩＴ（ｘ，ｙ）ｓｉｎ［２π（ｆｘｘ＋ｆｙｙ）］ｄｘｄｙ＝ʏʏΩＴ（ｘ，ｙ）ｅｘｐ［－ｊ２π（ｆｘｘ＋ｆｙｙ）］ｄｘｄｙ（２５）其中，ｊ为虚部单位㊂于是，通过傅里叶逆变换，可以获得正弦散斑下待测物体的信息为Ｔ＾（ｘ，ｙ）＝ʏʏＣ（ｆｘ，ｆｙ）ｅｘｐ［ｊ２π（ｆｘｘ＋ｆｙｙ）］ｄｆｘｄｆｙ（２６）由于在该过程中采用了４个不同初始相位，因此该方法被称为四步相移㊂另外，在上述获取空间频谱时，可根据图像物体在傅里叶基下的稀疏性，即图像物体频谱的能量集中在中间的低频部分，可以仅设计部分的傅里叶变换矩阵，这样就会极大减少测量次数和照射待测物体的数量㊂同样，若假设初始相位取值ϕ＝０，２π／３，４π／３，则可推导出Ｃ（ｆｘ，ｆｙ）＝１３ｂ(２Ｄ０（ｆｘ，ｆｙ）－Ｄ２π３（ｆｘ，ｆｙ）－Ｄ４π３（ｆｘ，ｆｙ）＋㊀㊀３ｊ３ｂ(Ｄ２π３（ｆｘ，ｆｙ）－Ｄ４π３（ｆｘ，ｆｙ）)（２７）通过傅里叶逆变换可以获得正弦散斑下待测物体的信息㊂由于在过程中采用了３个不同初始相位，因此此种方法被称为三步相移㊂在以上重构中，由于在计算中直流分量ａ和背景噪声Ｄｎ已通过差分测量方法去除，因此基于傅里叶逆变换的重构方法具有较好的抗环境噪声能力㊂图４是基于傅里叶逆变换四步相移和三步相移下的鬼成像结果㊂从图４中可知，四步相移与三步相移下鬼成像质量基本相同㊂O r i g i n a l i m a g e E x p e r i m e n t sr e s u l t sS i m u l a t i o nr e s u l t sfour-stepphaseshiftmethodthree-stepphaseshiftmethod图４㊀基于傅里叶逆变换四步相移和三步相移重构［５５］２．２．４㊀基于矩阵运算的重构方法２０１４年，郭树旭研究小组将伪逆概念引入鬼成像，提出基于矩阵伪逆的鬼成像重构方法，称为伪逆鬼成像（Ｐｓｅｕｄｏ⁃ｉｎｖｅｒｓｅＧｈｏｓｔＩｍａｇｉｎｇ，ＰＧＩ）［５６］㊂由式（２０）可知，待测物体重构信息可以进一步表示为Ｔ＾（ｘ，ｙ）＝１ＮＩ１（１，１） ＩＮ（１，１）Ｉ１（１，２） ＩＮ（１，２）︙⋱︙Ｉ１（ｐ，ｑ） ＩＮ（ｐ，ｑ）éëêêêêêùûúúúúúＢ１Ｂ２︙ＢＮéëêêêêêùûúúúúú－Ｂｉ⓪Ｂｉ⓪︙Ｂｉ⓪éëêêêêêùûúúúúúæèççççöø÷÷÷÷（２８）１７第１期赵生妹，等：鬼成像原理与进展研究结合式（１）和式（２），得到Ｔ＾（ｘ，ｙ）＝１ＮＡＴＡＴ（１，１）Ｔ（１，２）︙Ｔ（ｐ，ｑ）éëêêêêêùûúúúúú－ Ｂｉ⓪Ｉｎ（１，１）⓪Ｉｎ（１，２）⓪︙Ｉｎ（ｐ，ｑ）⓪éëêêêêêùûúúúúú（２９）其中， Ｉｎ（ｘ，ｙ）⓪＝１ＮðＮｎ＝１Ｉｎ（ｘ，ｙ）表示Ｎ次光斑照射下在坐标（ｘ，ｙ）位置的平均光强，第二项是背景项㊂随着测量次数的增大，该背景项将趋于一个常数㊂由式（２９）可知，ＡＴＡ对角线元素值相对于非对角线元素值越大，目标重构质量将越高㊂因此引入散斑场矩阵Ａ的摩尔彭若斯广义逆Ａ†代替ＡＴ，即用Ａ†Ａ代替ＡＴＡ，得伪逆鬼成像重构公式为Ｔ＾（ｘ，ｙ）＝１ＮＡ†［Ｂ１，Ｂ２， ，ＢＮ］＝１ＮＡ†Ａ［Ｔ（１，１），Ｔ（１，２）， ，Ｔ（ｐ，ｑ）］Ｔ（３０）在此基础上，龚文林研究小组提出了一种高分辨率伪逆鬼成像［５７］㊂Ｙａｎｇ等［５８］于２０１６年提出了基于标量矩阵的重构算法（Ｓｃａｌａｒ⁃Ｍａｔｒｉｘ⁃ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｄＧｈｏｓｔＩｍａｇｉｎｇ，ＳＭＧＩ）㊂２０１８年，基于奇异值分解的关联成像算法（ＳｉｎｇｕｌａｒＶａｌｕｅＤｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎＧｈｏｓｔＩｍａｇｉｎｇ，ＳＶＤＧＩ）［５９］和基于施密特正交化的关联成像算法（ＳｃｈｍｉｄｔＧｈｏｓｔＩｍａｇｉｎｇ，ＳＧＩ）［６０］也被提出㊂２０１８年郭树旭研究小组结合迭代去噪和伪逆鬼成像，提出了鬼成像的伪逆迭代方法，并通过实验验证了方法的有效性［６１］㊂２．２．５㊀基于机器学习的重构方法深度学习是一种用于数据建模㊁数据分类和决策的机器学习方法，现已成为人工智能领域的研究热点，在图像识别㊁语音识别㊁自然语言处理㊁搜索推荐等领域展现出巨大的优势［６２－６３］㊂与此同时，深度学习技术也引起了国内外光学成像研究者的广泛关注㊂鉴于深度学习可以极大地提高散射成像㊁相位成像的成像质量，２０１７年，中国科学院上海光机所司徒国海研究小组将深度学习引入计算鬼成像，用深度神经网络学习模糊图像清晰化过程，并将低测量次数下的鬼成像实验结果输入到训练好的网络中，获得了实验采集时间少㊁成像质量高的鬼成像［６４］㊂２０１８年，Ｓｈｉｍｏｂａｂａ等［６５］也将深度学习应用到计算鬼成像，用深度学习网络训练鬼成像实验噪声，从而有效地改善鬼成像的成像质量㊂２０１８年，Ｈｉｇｈａｍ等［６６］使用深度学习模型实现实时视频鬼成像㊂２０１９年，司徒国海研究小组实现端到端神经网络的桶探测器值直接对目标物体的重构方法［６７］㊂２．３ 系统优化通过散斑照射获得一系列桶探测器值和光强分布，再通过重构方法就可以在参考支路上获得待测物体的像㊂然而，由于热光鬼成像在理论上存在噪声项，其成像质量不可避免地受到限制，再加上实验环境中还存在其他照射源或噪声，因此，很多新的系统优化方法被开发，例如差分鬼成像（ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＧｈｏｓｔＩｍａｇｉｎｇ，ＤＧＩ）㊁归一鬼成像（ＮｏｒｍａｌｉｚｅｄＧｈｏｓｔＩｍａｇｉｎｇ，ＮＧＩ）和对应鬼成像（ＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄａｎｃｅＧｈｏｓｔＩｍａｇｉｎｇ，ＣＧＩ）等，以期望凭借较少的测量次数和降噪手段，获得成像时间少㊁质量高的系统优化方法㊂２．３．１㊀差分鬼成像差分鬼成像是由Ｆｅｒｒｉ等［２１］于２０１０年提出的系统优化方法，通过对信号光路的信号与参考光路的信号做差分处理，使得鬼成像的成像信噪比得到了明显的提高㊂差分鬼成像的强度关联公式为Ｔ＾ＤＧＩ（ｘ，ｙ）＝１ＮðＮｉ＝１（δＢｉ－ δＢｉ⓪）（Ｉｉ（ｘ，ｙ）－Ｉｉ（ｘ，ｙ）⓪）（３１）其中，δＢｉ＝Ｂｉ－Ｂｉ⓪Ｒｉ⓪Ｓｉ，而Ｓｉ＝ðｘ，ｙＩｉ（ｘ，ｙ）表示散斑的能量㊂对比式（３１）与式（２０）可以看出，差分鬼成像与传统鬼成像的差别就在于用差分的桶探测器信号δＢｉ代替了传统鬼成像的桶探测器信号Ｂｉ㊂差分鬼成像与传统鬼成像的成像信噪比（Ｓｉｇｎａｌ⁃ｔｏ⁃ＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ，ＳＮＲ）之比为ＳＮＲＤＧＩＳＮＲＧＩ＝１＋（Ｔ）２δＴ２（３２）其中，Ｔ为待测物体平均透射率，δＴ２＝Ｔ２－（Ｔ）２为其方差㊂由于差分运算能够有效抑制背景噪声，提取物体信息相对波动值，因此对于强透射型物体（透射函数满足δＴ２≪（Ｔ）２）的成像，差分鬼成像的成像ＳＮＲ比传统鬼成像有较大程度的提高ＳＮＲＤＧＩＳＮＲＧＩ≫１æèçöø÷；而对强吸收型物体（透射函数满足（Ｔ）２≪δＴ２≪１）的成像，成像ＳＮＲ虽仍有所提高，但提高程度很不明显㊂笔者研究小组在差分鬼成像的基础上结合压缩感知技术，提出了基于压缩感知的差分关联成像方案［２７］㊁参考臂差分压缩关联成像［６８］以及多散斑图２７南京邮电大学学报（自然科学版）㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２１年。
法拉第旋转镜辅助高阶微波光子滤波器设计
法拉第旋转镜辅助高阶微波光子滤波器设计王旭;梁晓东【摘要】In order to optimize the entire performances of Microwave Photonic Filters (MPF)and their polarization stability,a Faraday spinning mirror-based MPF structure is presented.This tunable bandpass filter has high Q value,high side frequency selection and high stopband suppression ratio.On the basis of the theory of MPF,the microwave modulated signal flow of Far-aday spinning mirror assisted Fiber Ring Delay Line (FRDL)is analyzed and the transfer function and the expression ofQvalue derived by using the signal flow graph.Finally,simulation is conducted and the effectsof coupling coefficient,EDFA gain and fiber ring length on the output spectral characteristics analyzed.%在研究MPF(微波光子滤波器)理论的基础上，针对滤波器的整体性能优化和偏振不稳定性，提出了一种基于法拉第旋转镜辅助设计的 MP F结构，得到了一个高阶结构的 MP F。
实现了同时具有高Q值、高边频选择性和高阻带抑制比的可调谐带通滤波器。
基于图像序列的红外锁相热像检测技术研究_刘俊岩
655
技术和被动式红外热像技术 。 主动式红外热像检测 技术主要包括红外脉冲热像技术和红外锁相热像技 术 。图 1为红外脉冲热像无损检测原理 , 它是采用 脉冲热源进行激励 , 利用瞬时高能量脉冲热流在存 在缺陷或损伤构件及材料内部传导的不均匀性而引 起表面温度差异进行探伤和检测 , 该技术与材料或 构件表面发射率 、环境条件及结构有关[ 1] 。
第 38卷 第 7期 激 光 与 红 外 2008年 7月 LASER ＆ INFRARED
Vol.38, No.7 July, 2008
文章编号 :1001-5078(2008)07-0654-05
· 红外技术 ·
基于图像序列的红外锁相热像检测技术研究
1 引 言 红外热波无损检测技术是国内外最新发展起来
的新型无损检测手段 。红外热波无损检测技术作为 一种非接触 、非破坏及直观的检测技术 , 已日益成为 保证产品质量和安全运行检测的重要手段 , 广泛应 用于航空航天 、机械 、医疗 、电力 、建工 、石化等领域 ,
具有探测面积大 、安全 、准确 及适用现场检 测等特 点 。 红外热波无损检测技术可分为主动式红外热像
作者简介 :刘俊岩 , 工学博士 , 讲 师 , 主要从 事红外无 损检测 , 无 损评价技术及绿色切削技 术等研究 。 E-mail:ljywlj@;ljywljhit@ 收稿日期 :2007-12-31;修订日期 :2008-01-31
激 光 与 红 外 No测技术研 究
(x=0, t>0)
(2)
式中 , Q0 为热流密 度 (kJ/m2 );Tf为 平板前表面温 度 (℃);hf 为 平 板 前 表 面 的 换 热 系 数 (kJ/
(m2 · ℃));fe为 激励 加 载频 率 (Hz);T∞ 为 环境
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Ｎ ｏ ｖ ｅ ． ２ ０ １ ２ Ｖ ｏ ｌ ． ３ ３ Ｎ ｏ ． １ １
（ ， ， ） Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｈ ａ ｎ ｈ ａ ｉ Ｄ ｉ ａ ｎ Ｊ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｓ ｈ ａ ｎ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ２ ４ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｇ ｙ ｇ
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应用于热光鬼成像的自适应形态学滤波器
陈智鹏 ，娄 鹏 ，贺婷婷
（ ） 上海电机学院 电子信息学院 ， 上海 ２ ０ ０ ２ ４ ０
摘 要 ： 鬼成像是一种新的成像机制 ， 但研究人员主要注重研究鬼成像的 理 论 价 值 。 传 统 的 鬼 成 像 从 工 程 上 讲 质 量 通 常 较 差 ， 为了提高成像质量 ， 提出一种新的自适应形态学滤波算法 。 该算法 自 动 估 计 斑 点 的 大 小 ， 作 为 形 态 学 滤 波 中 的 结 构 体 的大小 。 对该算法进行了仿真 ， 实验结果表明 ， 应用于热光鬼成像的形 态 学 滤 波 器 可 以 很 好 滤 除 噪 声 。 并 对 几 种 典 型 的 鬼 成像处理方法进行对比 ， 对比结果显示了该算法的有效性 。 关键词 ： 鬼成像 ； 自适应滤波器 ； 噪声 ； 形态学 ； 热光关联成像 ）１ 中图法分类号 ：ＴＮ ７ １ ３ 文献标识号 ：Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ０ ７ ０ ２ ４（ ２ ０ １ ２ １ ４ ４ ０ ２ ０ ５ － － －
ｈ ｏ ｓ ｔ Ａ ｄ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｍ ｏ ｒ ｈ ｏ ｌ ｏ ｆ ｉ ｌ ｔ ｅ ｒ ａ ｌ ｉ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌ ｉ ｍ ａ ｉ ｎ ｇ ｐ ｐ ｇ ｙ ｐ ｐ ｇ ｇ
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