基於電子倍增CCD的計算鬼成像方法研究

《基於電子倍增CCD的計算鬼成像方法研究》是依託南京理工大學，由張聞文擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於電子倍增CCD的計算鬼成像方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張聞文
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

鬼成像技術的抗干擾特性能解決很多傳統成像方法無法克服的問題，但在微光條件下仍存在局限性。針對這一技術瓶頸，本項目以微光環境下克服大氣擾動成像為目標，在計算鬼成像系統中引入電子倍增CCD作為微光探測器，通過解決擾動環境中信號光場的傳輸機制、擾動環境中計算鬼成像系統的微光成像特徵和計算鬼成像系統的噪聲抑制方法三個科學問題，實現抗大氣擾動的微光鬼成像探測。提出“退關聯度”的概念，揭示目標漫反射效應對信號光場的退化作用，建立微光條件下大氣擾動對信號光場的作用模型；分析光子探測起伏，“退關聯度”以及大氣擾動對計算鬼成像的作用機制，研究微光環境中計算鬼成像系統對大氣擾動的抑制特性及抗擾動工作模式，探索空間光編碼的設計與最佳化方法；研究計算鬼成像系統噪聲特性，分析起主導作用的噪聲源，研究圖像降噪算法。本項目將微光成像理論與鬼成像技術相結合，研究成果具有理論和套用價值。

結題摘要

近年來，鬼成像技術的抗大氣擾動特性引起了廣泛關注，但其成像質量與關聯光場強度成正比，微光環境下，系統獲取的光學信息量減少，導致重建後的圖像質量較差。本項目針對這一缺陷，首先研究了擾動環境中的信號光場的傳輸機制，建立了散射介質中信號光場傳輸模型、 “退關聯度”模型和基於強度傳輸矩陣的計算鬼成像模型，通過仿真和實驗驗證了模型的正確性，為實現擾動微光環境中計算鬼成像奠定了理論基礎；其次研究了計算鬼成像的抗擾動特性，提出了基於局部哈達瑪調製的信號光場編碼方法，利用哈達瑪矩陣的正交性對信號光場進行調製，減弱了大氣擾動對光場關聯性的破壞，結果表明，本項目提出的編碼方式在擾動環境中能夠較好的恢複目標，比傳統的高斯調製編碼有著明顯的改善，提高了鬼成像系統的抗擾動能力；研究了計算鬼成像系統的噪聲特性，提出了基於小波變換的鬼成像小波係數提取方法，在採樣次數較少的情況下有效獲取圖像信息，結果表明，本項目提出的方法比傳統計算鬼成像方法提取目標細節的效率更高，圖像邊緣更清晰，提高了鬼成像圖像質量；最後完成了低照度下抗擾動成像對比實驗，結果表明，在微光擾動環境中，計算鬼成像表現出了很強的抗干擾能力，隨著採樣次數和增益的增加，抗擾動能力逐漸增強，輸出的圖像越來越清晰，且成像效率明顯提高，克服了傳統成像方法無法在擾動環境中成像的缺點，達到了預期目標。本研究既是對現有微光成像理論的拓展，也是對鬼成像技術走向實用化的探索。