大气湍流条件下入射角度对反射式鬼成像的影响研究

• 作 者: 汤伶俐
• 出 处: 湖南大学
• 发表日期: 2020年07期
• 关键词: 鬼成像 鬼衍射 关联函数 大气湍流 成像质量

关联成像,也被称为鬼成像,它是近几年来被广泛讨论的一种成像技术,并且取得了很大的研究进展。鬼成像的最重要的特性是非局域性,光源被分为两束,一束光照在物体上,再通过一个没有空间分辨率的桶探测器接收,另一束光被参考探测器接收,最后通过两个探测器之间的强度波动关联重建图像信息或衍射图样。鬼成像的光路不需要成像透镜,并且具有削弱大气湍流对成像的影响的能力,这些特性使得鬼成像具有很大的应用前景。例如,关联成像可用于遥感、星载成像探测、激光雷达、红外成像、国防军事和医学等方面,传统成像技术将会被慢慢取代。本文主要是在大气湍流条件下,基于入射角度对无透镜反射鬼成像和鬼衍射系统的影响进行了研究,同时还对大气湍流下的反射鬼成像与直接成像进行对比分析,最后还研究了大气湍流强度变化对反射鬼衍射的影响。论文的研究内容及创新点如下:首先,我们研究在大气湍流条件下,入射角度对反射鬼成像系统的影响。通过利用扩展的惠更斯-菲涅耳积分公式,推导出了大气湍流条件下,反射鬼成像的点扩散函数的表达式,通过点扩散函数的变化来分析大气湍流条件下入射角对反射鬼成像的影响。结果表明在中等湍流条件下,当入射角比较小的时候,鬼成像的成像质量比直接成像的更好。而增大入射角会导致直接成像的成像质量明显下降,而在该过程中鬼成像的变化却非常小。通过数值模拟进行验证后,发现我们分析的结果与数值模拟的一致。其次,为了讨论大气湍流下入射角较大时对反射鬼成像的成像质量的影响,我们进一步增大入射角,发现当入射角很大的时候,直接成像和鬼成像的成像质量都变差,但鬼成像却能得到一个相对较好的像,因此鬼成像比直接成像对入射角的变化更具有鲁棒性。之后数值模拟也验证了我们的分析结果。我们还引入了相似度来衡量系统的成像质量好坏,相似度越高,表明成像质量也越好。最后,研究了大气湍流下入射角对无透镜鬼衍射系统的影响,以及大气湍流强度变化对反射鬼衍射的影响。我们分析的结果与数值仿真的结果都表明了入射角的大小以及大气湍流强度都会影响成像质量,当大气湍流强度一定时,增大入射角将会使得成像质量变好,而当入射角大小一定时,增大大气湍流强度,将会使得衍射图形的成像质量变差。