基于单像素探测器的偏振关联成像研究

Ghost imaging or correlated imaging is a novel imaging technique which has attracted wide attention in recent years. Conventional correlated imaging only concerns about the intensity of the light and ignores the polarization of the light which is also one of the intrinsic properties of light. Since different objects in the process of reflection of electromagnetic radiation will have different polarization properties, we can obtain more important informations about an object while we also detect the polarization property. Then the ability of object detection and authentication of human kind is greatly enhanced. Imaging by computational ghost imaging can be realized by using single pixel detector only. This imaging method can be used as single pixel camera, which has promising applications at spectral regions where image sensors are impractical or inexistent.This project will do theoretical and experimental research of polarization correlated imaging based on single pixel detetor. We combine the polarization detection and single pixel detection together in order to develop a new imaging technique and provide a powerful imaging method for the future.

量子关联成像是近年来受到广泛关注的一种新型成像方式，传统关联成像仅对光信号的光强信息进行探测，而忽略了光信号的另一重要属性偏振特性，根据目标的不同，其反射偏振特性会有很大差异，因此在关联成像中结合目标偏振特性的探测可以极大丰富探测到的目标信息，提高人类对目标的探测识别能力。基于单像素探测器的计算关联成像由于无需具备二维探测能力的探测器即可实现成像，可将成像探测系统拓展到无二维探测器件或二维探测器件不成熟的波段，实现单像素的相机，极大拓展人类认知世界能力，本课题将对基于单像素探测器的偏振关联成像进行理论和实验研究，通过将偏振探测与单像素探测相结合，以期发展出一套新的成像探测技术，为未来提供一种更强有力的成像探测手段。

关联成像又称鬼成像，近年来获得了广泛的关注，并取得了长足的发展。作为一种非定域成像方式，与传统线性光学成像相比，关联成像具有一系列优点和特色，如强抗噪声能力，突破传统衍射极限，低于奈奎斯特采样极限成像，弱光成像等等。由于其巨大的应用潜力，对关联成像的研究已经逐渐从基础机制研究转移到其实际应用的探讨，在诸如遥感成像，生物医学成像，光学加密等领域均取得了突破性的进展。本项目旨在发展出一套新的成像探测技术，为未来提供一种更强有力的成像探测手段，提高人类对目标的探测识别能力。. 我们首先通过将偏振探测和单像素探测相结合首次提出了偏振差分关联成像，利用偏振效应，实现了关联成像对目标的分类成像以及背景滤除。在单像素探测器中，灵敏度最高的就是单光子探测器，可以对单个的光子产生响应，我们将单光子探测技术与偏振关联成像相结合，提出了基于单光子探测的偏振关联成像方案。通过将时间相关单光子计数技术与偏振关联成像结合，我们实现了在弱光下对处于具有不同偏振特性的背景中目标成像。此外，该方案对环境光有着极强的抗噪性，在极强的环境光背景下，只要能够探测到信号光的光强涨落，我们就能够实现成像。. 更进一步，我们在基于单光子探测的关联成像中将技术推到极限，在光子计数关联成像的基础上，把单光子的概率性探测特性考虑进去，结合关联成像的特点，提出了基于首达光子的关联成像，并提出了基于阈值的快速首达光子关联成像，该技术可以将普通成像技术每像素所需光子数103-105个降低到1个一下，拓展了关联成像的应用范围，可实现远距的目标遥感，具有重大的意义。. 另外，我们还结合关联成像不直接成像的特点，提出了几种无成像识别的方案，可在采样数不足以清晰成像甚至无法成像的时候仍可以实现目标的识别，该技术结合单光子探测及偏振关联成像技术将极大拓展关联成像的应用范围，有希望实现超远距的动目标探测。