热光关联及其应用的研究

The correlation with thermal light is one of the hot research topics in the field of quantum imaging during the past decade. Under incoherent illumination, imaging and Fourier transform can be realized through correlation without lens, thus it has potential applications in many fields such as X-ray imaging and pattern recognition. This project will adopt theoretical-experimental method. These main investigating aspects will be focused on further uncovering the phase conjugation effect of correlation with thermal light, searching new way to shorten exposure time of correlation imaging with the help of compressive sensing and selective correlation imaging, and realizing pattern recognition by lenseless Fourier transform. Through the research, we could deepen our understanding of the nature of correlation, discover new physical phenomena, enhance the correlation imaging speed, provide a new way for pattern recognition.

近十年来，热光关联是量子成像领域中的研究热点之一。在非相干光场照明下，利用关联能够实现无透镜成像与傅里叶变换。因而热光关联在X射线成像、图像识别等领域中都具有潜在的应用前景。本项目将采用理论与实验相结合的研究方法，进一步揭露热光关联中的位相共轭效应，借助于压缩感知理论与挑选关联成像思想，探索缩短热光关联成像曝光时间的方法，采用无透镜傅里叶变换实现图像识别。通过对这些的研究可使我们加深对关联本质的认识，发现新的物理现象，提高关联成像的成像速度，为图像识别提供新的途径。

近几年，关联成像在信息处理，超分辨成像，遥感探测等领域都展现出广阔的应用前景。本项目旨在探索热光关联的特性，拓宽热光关联的应用领域，主要研究工作包括以下几方面。第一，我们将热光关联成像与匹配滤波相关器和联合变换相关器相结合，实现了空间非相干照明下的光学图像识别。这为空间非相干照明下的相干信息处理提供了可能。第二，我们研究发现任意关联像对其分布的积分均等于一常数，正比于热光场的相干面积。由此等式我们证明了关联像可见度与分辨率之间的反比关系。第三，我们利用红绿蓝三束激光入射到旋转的毛玻璃上，形成“白”赝热光源。在该光源照明下，实现了基于RGB模型的彩色关联成像方案。第四，我们提出了一个不需要强度关联测量超分辨干涉方案。在适当的相干照明或非相干照明下，可以通过直接测量物光场的远场衍射强度分布来获得物体的超分辨干涉条纹。第五，我们研究了压缩重构对关联成像曝光时间的影响。压缩感知在重构过程中充分考虑到了一般实际物体的稀疏性，可以使得测量次数减少到物体稀疏度的量级，从而在保证成像质量的同时极大的缩短关联成像的曝光时间。