一种基于分数阶傅里叶变换的关联成像方法技术

技术编号:20161819 阅读:30 留言:0更新日期:2019-01-19 00:14
本发明专利技术揭示了一种基于分数阶傅里叶变换的关联成像方法,通过将产生的特定的分数阶散斑照射到物体上,然后使用一个没有空间分辨率的桶探测器接收待成像物体透射或反射的光,最后在得到设计散斑时的阶次情况下,使用逆分数阶傅里叶变换可以得到待成像物体的图像。本发明专利技术将分数阶傅里叶变换在其变换域的稀疏性引入关联成像,可以提高关联成像的成像质量;同时将分数阶数引入关联成像,且将设计分数阶散斑时设定的阶次作为密钥来恢复物体,只有在得到正确的密钥的情况下才能得到正确的恢复物体,通过此方案可以有效提高关联成像的安全性。本发明专利技术具有结构简单、实现便捷的优点,适合于对成像质量和安全性要求较高的情况,有很大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分数阶傅里叶变换的关联成像方法
本专利技术涉及一种关联成像方法,尤其涉及一种基于分数阶傅里叶变换的关联成像方法,属于关联成像领域。
技术介绍
关联成像(CorrelatedImaging),又称“鬼”成像(GhostImaging,GI),是近些年来量子光学领域的前沿和热点之一。关联成像采用两条光路,一支称为信号光路,指散斑通过物体后的光用一个无空间分辨能力的桶探测器接收;另一支称为参考光路,指散斑在传输一段距离后由具有空间分辨能力的探测器接收。最后对两条光路的探测结果进行二阶关联并可以在参考光路得到物体的恢复图像。与传统的成像方式不同的是关联成像可以在不包含物体的光路上恢复出物体图像,这一特性称为非定域性。随着关联成像的发展,热光“鬼”成像、计算“鬼”成像等新型“鬼”成像技术被不断提出。与此同时,随着“鬼”成像性能的提高,各种基于“鬼”成像的应用也得以实现。大量研究表明,“鬼”成像可广泛应用在军事、加密、激光雷达等领域。上世纪80年代,前苏联学者D.N.Klyshko根据自发参量下转换光子对的纠缠行为,提出了量子关联成像方案。1995年,Pittman等人根据Klyshko的理论首次在实验上实现了量子关联成像。2002年,Bennink等人在实验上利用经典热光源实现了“鬼”成像,证明了利用热光同样可以实现“鬼”成像,在“鬼”成像领域引起了巨大的轰动。2008年,JeffreyH.Shapiro等人理论上提出了计算“鬼”成像可以作为传统“鬼”成像的一种替代技术,2009年Bromberg等人在实验上实现了计算“鬼”成像,即单探测光路的“鬼”成像方案,其中旋转的毛玻璃由计算机控制的空间光调制器(SLM)替代。2010年,FerriF基于热光“鬼”成像提出差分“鬼”成像方案,在成像时只传输物体的差分信息,降低了背景噪声对恢复图像质量的影响,从而提高了成像的质量。2015年,ZhangZB等人提出了一种通过获取图像傅里叶频谱的方法来实现单像素成像,该方法大大提高了重建图像的质量。同时基于鬼成像的各种应用也被广泛的研究,例如2015年LiuF等人提出的梯度鬼成像,通过梯度鬼成像可以在不得到物体图像的情况下直接得到物体的边缘信息。然而,虽然关于“鬼”成像的各种技术得到发展,但是传统的关联成像都是采用随机散斑进行成像,成像质量不高且安全性方面也存在问题。综上所述,如何提高成像质量同时提高成像安全性,就成为本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术的上述缺陷,基于分数阶傅里叶变换在光学信息处理中的广泛应用,结合现有研究提高“鬼”成像的成像质量和安全性的基础上,改变以往用随机散斑作为成像散斑进行“鬼”成像,提出使用分数阶散斑作为成像散斑,利用分数阶傅里叶变换在其变换域稀疏性的优势并结合四步相移法,从而可以有效提高鬼成像的成像质量;将设计该散斑时设定的分数阶数作为密钥,在进行图像恢复时,只有在准确知道该密钥的情况下才能正确的恢复出图像,从而提高了鬼成像的成像安全性。本专利技术的技术解决方案是:一种基于分数阶傅里叶变换的关联成像方法,包括如下步骤:S1:根据二维分数阶傅里叶变换核的定义式和分数阶的阶数P1、P2设计分数阶散斑并将设计好的散斑加载到数字微镜阵列上;S2:光源经过数字微镜阵列调制后产生分数阶散斑分数阶散斑经过物体透射或反射后的光经过透镜聚焦后由一个桶探测器接收,并得到桶探测器值S3:根据步骤S1中分数阶散斑的阶数P1、P2,通过四步相移和逆分数阶傅里叶变换,恢复出物体T(x,y)的图像。优选地,所述步骤S1中二维分数阶傅里叶变换核的定义式为:或其中,α=p1π/2,β=p2π/2,α、β为信号通过分数阶傅里叶变换后的变换域相对于空域的旋转角度,p1和p2是分数阶傅里叶变换的阶数,-1≤P1、P2≤1;优选地,所述步骤S1中分数阶散斑的公式为:其中,(x,y)代表笛卡尔坐标系中的坐标,a是指物体透射函数的平均值,b是一常量,与散斑的对比度有关,为四步相移时采用的不同相位,分别为0,π/2,π,3π/2。优选地,所述分数阶散斑与分数阶散斑的阶数P1、P2以及相位相关。优选地,所述步骤S2中桶探测器值为的公式为:其中,η为一常量,桶探测器与待成像物体之间的位置与η相关;Bn为桶探测器接收到的环境光强度值,T(x,y)是待成像物体的透射函数。优选地,所述桶探测器的每一个探测值均与待成像物体的透射函数T(x,y)及照射物体所需的分数阶散斑相关。优选地,所述步骤S3中物体T(x,y)的图像的计算公式为:其中,表示阶数为-P1、-P2的逆分数阶傅里叶变换。优选地,所述逆分数阶傅里叶变换所需要的阶数-P1、-P2为所述步骤S1中分数阶的阶数P1、P2的负数时,为恢复出正确的物体图像。本专利技术提供了一种基于分数阶傅里叶变换的关联成像方法,其优点主要体现在以下几个方面:(1)本专利技术不同于传统的用随机散斑实现鬼成像,在本专利技术的技术方案中提出通过设计分数阶散斑,将分数阶傅里叶变换引入鬼成像,充分利用分数阶傅里叶变换在变换域的性质,可以获得成像质量更高的物体图像;(2)本专利技术在恢复物体的过程中运用四步相移法,不仅能获得所需要的分数阶傅里叶变换系数,还能有效降低环境噪声,从而提高了成像质量;(3)本专利技术在使用逆分数阶傅里叶变换得到待成像物体的图像时,必须使用设计分数阶散斑时设定的分数阶数才能正确恢复出物体的图像,因此增加了成像系统的安全性。以下便结合实施例附图,对本专利技术的具体实施方式作进一步的详述,以使本专利技术技术方案更易于理解、掌握。附图说明图1为基于分数阶傅里叶变换的关联成像方法示意图;图2为图片“双缝”和英文字母“N”在基于分数阶傅里叶变换的关联成像方法下的仿真结果图;图3为图片“双缝”和英文字母“N”在基于分数阶傅里叶变换的关联成像方法下的实验结果图。具体实施方式一种基于分数阶傅里叶变换的关联成像方法,包括如下步骤:S1:根据二维分数阶傅里叶变换核的定义式和分数阶的阶数P1、P2设计分数阶散斑并将设计好的散斑加载到数字微镜阵列(DMD)上;所述步骤S1中二维分数阶傅里叶变换核的定义式为:或其中,α=p1π/2,β=p2π/2,α、β为信号通过分数阶傅里叶变换后的变换域相对于空域的旋转角度,p1和p2是分数阶傅里叶变换的阶数,-1≤P1、P2≤1;另外,所述步骤S1中分数阶散斑的公式为:其中,(x,y)代表笛卡尔坐标系中的坐标,a是指物体透射函数的平均值,b是一常量,与散斑的对比度有关,为四步相移时采用的不同相位,分别为0,π/2,π,3π/2;所述分数阶散斑与分数阶散斑的阶数P1、P2以及相位相关。S2:光源经过数字微镜阵列调制后产生分数阶散斑分数阶散斑经过物体透射或反射后的光经过透镜聚焦后由一个桶探测器接收,并得到桶探测器值所述步骤S2中桶探测器值为的公式为:其中,η为一常量,桶探测器与待成像物体之间的位置与η相关;Bn为桶探测器接收到的环境光强度值,T(x,y)是待成像物体的透射函数;所述桶探测器的每一个探测值均与待成像物体的透射函数T(x,y)及照射物体所需的分数阶散斑相关。S3:根据步骤S1中分数阶散斑的阶数P1、P2,通过四步相移和逆分数阶傅里叶变换,恢复出物体T(x,y)的图像本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于分数阶傅里叶变换的关联成像方法,其特征在于,包括如下步骤:S1:根据二维分数阶傅里叶变换核

【技术特征摘要】
1.一种基于分数阶傅里叶变换的关联成像方法,其特征在于,包括如下步骤:S1:根据二维分数阶傅里叶变换核的定义式和分数阶的阶数P1、P2设计分数阶散斑并将设计好的散斑加载到数字微镜阵列上;S2:光源经过数字微镜阵列调制后产生分数阶散斑分数阶散斑经过物体透射或反射后的光经过透镜聚焦后由一个桶探测器接收,并得到桶探测器值S3:根据步骤S1中分数阶散斑的阶数P1、P2,通过四步相移和逆分数阶傅里叶变换,恢复出物体T(x,y)的图像。2.根据权利要求1所述的一种基于分数阶傅里叶变换的关联成像方法,其特征在于:所述步骤S1中二维分数阶傅里叶变换核的定义式为:或其中,α=p1π/2,β=p2π/2,α、β为信号通过分数阶傅里叶变换后的变换域相对于空域的旋转角度,p1和p2是分数阶傅里叶变换的阶数,-1≤P1、P2≤1。3.根据权利要求1所述的一种基于分数阶傅里叶变换的关联成像方法,其特征在于:所述步骤S1中分数阶散斑的公式为:其中,(x,y)代表笛卡尔坐标系中的坐标,a是指物体透射函数的平均值,b是一常量,与散斑的对比度有关,为四步相移时采用的不同相位...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈莎赵生妹
申请(专利权)人:南京邮电大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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