CN105044909A - 抗干扰的亚散粒噪声弱吸收目标量子成像装置和成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗干扰的亚散粒噪声弱吸收目标量子成像方法，其主要思路为：激光器1产生激光脉冲，并使之依次经过望远镜2、半波片3、BBO晶体4，产生信号光束和闲置光束，该信号光束依次经过高通全反镜5、透镜6、第一正交极化选择片7和窄带滤波片9，得到经过窄带滤波片9的有用信号光束；闲置光束依次经过高通全反镜5、透镜6、第二正交极化选择片8和窄带滤镜10，得到经过窄带滤镜10的有用闲置光束，电荷耦合设备12分别探测透过待成像目标11的有用信号光束和经过窄带滤镜10的有用闲置光束并得到有效信号光束和有效闲置光束，信号处理模块13根据该有效信号光束和有效闲置光束得到待成像目标11的量子成像结果。

Description

抗干扰的亚散粒噪声弱吸收目标量子成像装置和成像方法

技术领域

本发明属于量子成像技术领域，特别涉及一种抗干扰的亚散粒噪声弱吸收目标量子成像装置和成像方法，适用于增强亚散粒噪声弱吸收目标量子成像方法的抗干扰能力。

背景技术

量子成像又称为双光子关联成像、强度关联成像和鬼成像，是利用量子纠缠现象发展起来的一种新型成像技术。作为一种新型成像技术，量子成像中纠缠光源鬼成像的实现，使得在两个相互独立的空间中传递其中一个空间的物体图像信息成为可能，以此实现关联成像。热光源同样也可以实现关联成像。相比于经典成像，量子成像具有如下优点：1)量子成像中的超分辨成像—成像分辨率可以突破瑞利衍射分辨极限；2)量子成像是单像素成像，即能够使得在不适合或者不能采用体积大的面探测器时使用量子成像达到成像目的；3)量子成像中的探测与成像分离能够克服经典成像存在的抗干扰能力差的缺点。正因为上述优点，使得量子成像在遥感探测领域和医学领域具有非常广泛的应用前景。因此，量子成像的研究是非常有意义的。

E.Brambilla等的文献“High-sensitivityimagingwithmulti-modetwinbeams”中利用二型晶体参量下转换过程产生的信号光束光场和闲置光束光场对称位置的散粒噪声的空域关联特性，提出一种差分测量方案对弱吸收目标进行量子成像；该成像方案比利用经典相干光源的差分测量方案的成像信噪比高，且具有更高的灵敏性。但是该方案要求即使在背景噪声很强的条件下，也必须满足成像光路的两条分支远场光场对称位置的亚散粒噪声必须空域关联，然而真实的量子成像实验很难满足这一要求。

GiorgioBrida的文献“Experimentalquantumimagingexploitingmultimodespatialcorrelationoftwinbeams”中介绍了利用亚散粒噪声的空域关联特性对弱吸收目标进行量子成像的实验，即利用参量下转换过程产生的信号光束和闲置光束对称位置的空域关联特性，实现了对弱吸收目标的量子成像；该方法存在的问题是当成像背景存在干扰时，利用该方法对物体成像会产生非常大的误差。

发明内容

针对以上现有技术存在的不足，本发明提出一种抗干扰的亚散粒噪声弱吸收目标量子成像装置和成像方法，同时利用电荷耦合器件探测到的有效信号光束和有效闲置光束中的关联像素对的协方差来抑制干扰对量子成像结果的影响，从而实现对弱吸收目标的抗干扰量子成像的目的。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

技术方案一：

一种抗干扰的亚散粒噪声弱吸收目标量子成像装置，其特征在于，包括：激光器1、望远镜2、半波片3、BBO晶体4、高通全返镜5、透镜6、第一正交极化选择片7、第二正交极化选择片8、窄带滤波片9、窄带滤镜10、待成像目标11、电荷耦合器件(CCD)12、信号处理模块13；

所述激光器1用于产生中心波长为αnm的激光脉冲；

所述望远镜2对激光器1产生的中心波长为αnm的激光脉冲进行光场的压缩，得到压缩后的激光脉冲；

所述半波片3对压缩后的激光脉冲的极化状态进行选择，得到水平偏振状态下的压缩后的激光脉冲，并发送至BBO晶体4；

所述BBO晶体4与接收到的水平偏振状态下的压缩后的激光脉冲进行参量下转换处理，产生信号光束和闲置光束；

所述高通全反镜5分别将信号光束和闲置光束中中心波长为αnm的光束依次沿BBO晶体4、半波片3、望远镜2、激光器1的路径返回，并将信号光束中除去中心波长为αnm的剩余信号光束和闲置光束中除去中心波长为αnm的剩余闲置光束分别发送至透镜6；

所述透镜6分别对信号光束中除去中心波长为αnm的剩余信号光束进行傅里叶变换，并发送至第一正交极化选择片7；同时对闲置光束中除去中心波长为αnm的剩余闲置光束进行傅里叶变换，并发送至第二正交极化选择片8；

所述第一正交极化选择片7对傅里叶变换后的除去中心波长为αnm的剩余信号光束中的极化状态进行选择，得到经过第一正交极化选择片7的剩余信号光束，并发送至窄带滤波片9；

所述第二正交极化选择片8对傅里叶变换后的除去中心波长为αnm的剩余闲置光束中的极化状态进行选择，得到经过第二正交极化选择片8的剩余闲置光束，并发送至窄带滤镜10；

所述窄带滤波片9用于滤除经过第一正交极化选择片7的傅里叶变换后的除去中心波长为αnm的剩余信号光束中的背景杂散光，得到经过窄带滤波片9的有用信号光束，并发送至待成像目标11；

所述窄带滤镜10用于滤除经过第二正交极化选择片8的傅里叶变换后的除去中心波长为αnm的剩余闲置光束中的背景杂散光，得到经过窄带滤镜10的有用闲置光束，并发送至电荷耦合设备12；

所述待成像目标11接收经过窄带滤波片9的有用信号光束，并使之照射该待成像目标11，得到透过待成像目标11的有用信号光束，在得到透过待成像目标11的有用信号光束的同时，对应得到经过窄带滤镜10的有用闲置光束，然后将透过待成像目标11的有用信号光束和经过窄带滤镜10的有用闲置光束分别发送至电荷耦合设备12；

所述电荷耦合设备12分别用于探测透过待成像目标11的有用信号光束和经过窄带滤镜10的有用闲置光束，分别得到电荷耦合设备12探测到的有效信号光束和电荷耦合设备12探测到的有效闲置光束，并分别发送至信号处理模块13；

所述信号处理模块13对电荷耦合设备12探测到的有效信号光束和电荷耦合设备12探测到的有效闲置光束进行待成像目标11的量子成像，最终得到待成像目标11的量子成像结果。

技术方案二：

一种抗干扰的亚散粒噪声弱吸收目标量子成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，激光器1用于产生中心波长为αnm的激光脉冲，并使之经过望远镜2，得到压缩后的激光脉冲，再将该压缩后的激光脉冲经过半波片3，得到水平偏振状态下的压缩后的激光脉冲，再将该水平偏振状态下的压缩后的激光脉冲与BBO晶体4进行下参量转换处理，产生信号光束和闲置光束；

步骤2，高通全反镜5分别将信号光束和闲置光束中中心波长为αnm的光束依次沿BBO晶体4、半波片3、望远镜2、激光器1的路径返回，然后使用透镜6对信号光束中除去中心波长为αnm的剩余信号光束和闲置光束中除去中心波长为αnm的剩余闲置光束分别进行傅里叶变换；

步骤3，第一正交极化选择片7对傅里叶变换后的除去中心波长为αnm光束的剩余信号光束中的极化状态进行选择，得到经过第一正交极化选择片7的剩余信号光束；同时第二正交极化选择片8对傅里叶变换后的除去中心波长为αnm的剩余闲置光束中的极化状态进行选择，得到经过第二正交极化选择片8的剩余闲置光束；

步骤4，窄带滤波片9滤除经过第一正交极化选择片7的傅里叶变换后的除去中心波长为αnm的剩余信号光束中的背景杂散光，得到经过窄带滤波片9的有用信号光束；窄带滤镜10滤除经过第二正交极化选择片8的傅里叶变换后的除去中心波长为αnm的剩余闲置光束中的背景杂散光，得到经过窄带滤镜10的有用闲置光束；

经过窄带滤波片9的有用信号光束照射待成像目标11，得到透过待成像目标11的有用信号光束的同时，对应得到经过窄带滤镜10的有用闲置光束，并将该透过待成像目标11的有用信号光束和经过窄带滤镜10的有用闲置光束分别发送至电荷耦合设备12；

步骤5，电荷耦合设备12分别用于探测透过待成像目标11的有用信号光束和经过窄带滤镜10的有用闲置光束，分别得到电荷耦合设备12探测到的有效信号光束和电荷耦合设备12探测到的有效闲置光束，并分别发送至信号处理模块13；

步骤6，信号处理模块13对电荷耦合设备12探测到的有效信号光束和电荷耦合设备12探测到的有效闲置光束进行待成像目标11的量子成像，最终得到待成像目标11的量子成像结果。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

第一，本发明在成像时利用了透过待成像目标11的信号光束光场和透过窄带滤镜10的闲置光束光场的二阶参数，即协方差，能够克服仅利用信号光束透过待成像目标11的信号光束光场的一阶参数进行成像时抗干扰能力差的缺点，达到抗干扰成像目的；

第二，本发明在搭建成像装置时，利用了望远镜系统2，该系统可以使入射到BBO晶体4的激光能量汇聚更度，从而产生包含更多光子数的信号光束光场和闲置光束光场。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明的一种抗干扰的亚散粒噪声弱吸收目标量子成像方法的数据流向结构示意图；其中，1、激光器；2、望远镜；3、半波片；4、BBO晶体；5、高通全返镜；6、透镜；7、第一正交极化选择片；8、第二正交极化选择片；9、窄带滤波片；10、窄带滤镜；11、待成像目标；12、电荷耦合设备；信号处理模块13；f表示透镜6的焦距；

图2为电荷耦合设备12探测到的有效信号光束示意图；其中，T1、T2均表示新物理像素单元；

图3为电荷耦合设备12探测到的有效闲置光束示意图；其中，T1’、T2’均表示新物理像素单元；

图4(a)为干扰强度为信号强度5倍时，电荷耦合设备12探测到的有效信号光束示意图；

图4(b)为干扰强度为信号强度5倍时，电荷耦合设备12探测到的有效闲置光束示意图；

图4(c)为干扰强度为信号强度5倍时，依据亚散粒噪声弱吸收目标量子成像方法对待成像目标11的量子成像结果示意图；

图4(d)为干扰强度为信号强度5倍时，依据本发明方法对待成像目标11的量子成像结果示意图；

图5(a)为干扰强度为信号强度10倍时，电荷耦合设备12探测到的有效信号光束示意图；

图5(b)为干扰强度为信号强度10倍时，电荷耦合设备12探测到的有效闲置光束示意图；

图5(c)为干扰强度为信号强度10倍时，依据亚散粒噪声弱吸收目标量子成像方法对待成像目标11的量子成像结果示意图；

图5(d)为干扰强度为信号强度10倍时，依据本发明方法得到的待成像目标11的量子成像结果示意图。

具体实施方式

参照图1，为本发明的一种抗干扰的亚散粒噪声弱吸收目标量子成像装置，其特征在于，包括：激光器1、望远镜2、半波片3、BBO晶体4、高通全返镜5、透镜6、第一正交极化选择片7、第二正交极化选择片8、窄带滤波片9、窄带滤镜10、待成像目标11、电荷耦合设备12、信号处理模块13；

所述激光器1用于产生中心波长为αnm的激光脉冲；该激光脉冲的中心波长α为457nm，脉冲持续时间为5ns，重复频率是10Hz，最大输出功率为300mw；

所述望远镜2对激光器1产生的中心波长为αnm的激光脉冲进行光场的压缩，得到压缩后的激光脉冲；所述压缩后的激光脉冲能够汇聚更多的激光脉冲能量；

所述半波片3对压缩后的激光脉冲的极化状态进行选择，得到水平偏振状态下的压缩后的激光脉冲，并发送至BBO晶体4；未经过半波片3之前的压缩后的激光脉冲包含水平偏振和垂直偏振两种极化状态，经过半波片3之后的压缩后的激光脉冲处于水平偏振状态；

所述BBO晶体4与接收到的水平偏振状态下的压缩后的激光脉冲进行参量下转换处理，产生信号光束和闲置光束；该BBO晶体4为二型相位匹配晶体，尺寸为7mm×2mm×5mm；

所述高通全反镜5分别将信号光束和闲置光束中中心波长为αnm的光束依次沿BBO晶体4、半波片3、望远镜2、激光器1的路径返回，并将信号光束中除去中心波长为αnm的剩余信号光束和闲置光束中除去中心波长为αnm的剩余闲置光束分别发送至透镜6；

所述透镜6分别对信号光束中除去中心波长为αnm的剩余信号光束进行傅里叶变换，并发送至第一正交极化选择片7；同时对闲置光束中除去中心波长为αnm的剩余闲置光束进行傅里叶变换，并发送至第二正交极化选择片8；所述透镜6的焦距f为10cm；

所述第一正交极化选择片7对傅里叶变换后的除去中心波长为αnm的剩余信号光束中的极化状态进行选择，得到经过第一正交极化选择片7的剩余信号光束，并发送至窄带滤波片9；

所述第二正交极化选择片8对傅里叶变换后的除去中心波长为αnm的剩余闲置光束中的极化状态进行选择，得到经过第二正交极化选择片8的剩余闲置光束，并发送至窄带滤镜10；

所述窄带滤波片9用于滤除经过第一正交极化选择片7的傅里叶变换后的除去中心波长为αnm的剩余信号光束中的背景杂散光，得到经过窄带滤波片9的有用信号光束，并发送至待成像目标11；

所述窄带滤镜10用于滤除经过第二正交极化选择片8的傅里叶变换后的除去中心波长为αnm的剩余闲置光束中的背景杂散光，得到经过窄带滤镜10的有用闲置光束，并发送至电荷耦合设备12；

所述待成像目标11接收经过窄带滤波片9的有用信号光束，并使之照射该待成像目标11，得到透过待成像目标11的有用信号光束，在得到透过待成像目标11的有用信号光束的同时，对应得到经过窄带滤镜10的有用闲置光束，然后将该透过待成像目标11的有用信号光束和经过窄带滤镜10的有用闲置光束分别发送至电荷耦合设备12；该待成像目标11为玻璃表面镀钛形成的字母“XD”，大小为3mm²，吸收系数为0.1；

所述电荷耦合设备12分别用于探测透过待成像目标11的有用信号光束和经过窄带滤镜10的有用闲置光束，分别得到电荷耦合设备12探测到的有效信号光束和电荷耦合设备12探测到的有效闲置光束，并分别发送至信号处理模块13；

所述信号处理模块13对电荷耦合设备12探测到的有效信号光束和电荷耦合设备12探测到的有效闲置光束进行待成像目标11的量子成像，最终得到待成像目标11的量子成像结果。

本发明的一种抗干扰的亚散粒噪声弱吸收目标量子成像方法，包括以下步骤：

步骤1，激光器1用于产生中心波长为αnm的激光脉冲，并使之经过望远镜2，得到压缩后的激光脉冲，再将该压缩后的激光脉冲经过半波片3，得到水平偏振状态下的压缩后的激光脉冲，再将该水平偏振状态下的压缩后的激光脉冲与BBO晶体4进行下参量转换处理，产生信号光束和闲置光束。

具体地，激光器1用于产生中心波长为αnm的激光脉冲；该激光脉冲的中心波长α为457nm，脉冲持续时间为5ns，重复频率是10Hz，最大输出功率为300mw。

步骤2，高通全反镜5分别将信号光束和闲置光束中中心波长为αnm的光束依次沿BBO晶体4、半波片3、望远镜2、激光器1的路径返回，然后使用透镜6对信号光束中除去中心波长为αnm的剩余信号光束和闲置光束中除去中心波长为αnm的剩余闲置光束分别进行傅里叶变换。

步骤3，第一正交极化选择片7对傅里叶变换后的除去中心波长为αnm的剩余信号光束中的极化状态进行选择，得到经过第一正交极化选择片7的剩余信号光束；同时第二正交极化选择片8对傅里叶变换后的除去中心波长为αnm的剩余闲置光束中的极化状态进行选择，得到经过第二正交极化选择片8的剩余闲置光束。

具体地，第一正交极化选择片7对傅里叶变换后的除去中心波长为αnm的剩余信号光束中的极化状态进行选择，得到经过第一正交极化选择片7的剩余信号光束；同时第二正交极化选择片8对傅里叶变换后的除去中心波长为αnm的剩余闲置光束中的极化状态进行选择，得到经过第二正交极化选择片8的剩余闲置光束，确保经过第一正交极化选择片7的剩余信号光束的极化状态和经过第二正交极化选择片8的剩余闲置光束的极化状态互相垂直。

步骤4，窄带滤波片9滤除经过第一正交极化选择片7的傅里叶变换后的除去中心波长为αnm的剩余信号光束中的背景杂散光，得到经过窄带滤波片9的有用信号光束；窄带滤镜10滤除经过第二正交极化选择片8的傅里叶变换后的除去中心波长为αnm的剩余闲置光束中的背景杂散光，得到经过窄带滤镜10的有用闲置光束；

经过窄带滤波片9的有用信号光束照射待成像目标11，得到透过待成像目标11的有用信号光束的同时，对应得到经过窄带滤镜10的有用闲置光束，并将该透过待成像目标11的有用信号光束和经过窄带滤镜10的有用闲置光束分别发送至电荷耦合设备12。

具体地，经过窄带滤波片9的有用信号光束第i次照射待成像目标11时，得到第i次透过待成像目标11的有用信号光束X_i ^300×300，与此同时，对应得到第i次经过窄带滤镜10的有用闲置光束Y_i ^300×300，进而分别得到M次透过待成像目标11的有用信号光束X₁ ^300×300～X_M ^300×300和对应M次经过窄带滤镜10的有用闲置光束Y₁ ^300×300～Y_M ^300×300，即透过待成像目标11的有用信号光束和经过窄带滤镜10的有用闲置光束，并分别发送至电荷耦合设备12。

步骤5，电荷耦合设备12分别用于探测透过待成像目标11的有用信号光束和经过窄带滤镜10的有用闲置光束，分别得到电荷耦合设备12探测到的有效信号光束和电荷耦合设备12探测到的有效闲置光束，并分别发送至信号处理模块13。

具体地，该电荷耦合设备12包含300×300个物理像素单元，首先将电荷耦合设备12中300×300个物理像素单元重新进行划分，使得电荷耦合设备12中每一个新物理像素单元包含N×N个物理像素单元，得到电荷耦合设备12中个新物理像素单元，然后使用电荷耦合设备12中个新物理像素单元分别用于探测透过待成像目标11的有用信号光束和经过窄带滤镜10的有用闲置光束，即M次透过待成像目标11的有用信号光束X₁ ^300×300～X_M ^300×300和对应M次经过窄带滤镜10的有用闲置光束Y₁ ^300×300～Y_M ^300×300，分别得到电荷耦合设备12探测到的有效信号光束和电荷耦合设备12探测到的有效闲置光束，电荷耦合设备12探测到的有效信号光束可以表示为电荷耦合设备12探测到的有效闲置光束可以表示为N<300，且为能被300整除的自然数。

步骤6，信号处理模块13对电荷耦合设备12探测到的有效信号光束和电荷耦合设备12探测到的有效闲置光束进行待成像目标11的量子成像，最终得到待成像目标11的量子成像结果。

具体地，信号处理模块13分别接收电荷耦合设备12探测到的有效信号光束和电荷耦合设备12探测到的有效闲置光束后，即分别接收电荷耦合设备12探测到的有效信号光束和对应电荷耦合设备12探测到的有效闲置光束然后分别提取电荷耦合设备12第i次探测到的有效信号光束和电荷耦合设备12第i次探测到的有效闲置光束中对关联像素对并计算该对关联像素对的协方差，再计算第i次提取的对关联像素对协方差的平均值，进而得到M次提取的对关联像素对，并计算其平均值，得到待成像目标11的量子成像结果；

其中，i∈{1,2,…,M}，M表示经过窄带滤波片9的有用信号光束照射待成像目标11的总次数，i表示经过窄带滤波片9的有用信号光束第i次照射待成像目标11，也表示对应得到第i次经过窄带滤镜10的有用闲置光束。

步骤6的具体子步骤为：

6.1)经过窄带滤波片9的有用信号光束第一次照射待成像目标11后，信号处理模块13分别接收电荷耦合设备12第一次探测到的有效信号光束和对应电荷耦合设备12第一次探测到的有效闲置光束然后分别提取和中的对关联像素对，再求取该对关联像素对中每一对关联像素对的协方差，并作为经过窄带滤波片9的有用信号光束第一次照射待成像目标11后得到的待成像目标11的灰度值。

具体地，分别参照图2与图3，图2为电荷耦合设备12探测到的有效信号光束示意图，图3为电荷耦合设备12探测到的有效闲置光束示意图；其中，T1、T2、T1、T2’均表示新物理像素单元，并且T1和T1’、T2和T2’分别是关联像素对；N表示电荷耦合设备12中每一个新物理像素单元包含N×N个物理像素单元N<300，且为能被300整除的自然数；本发明中取N＝5。

6.2)经过窄带滤波片9的有用信号光束第二次照射待成像目标11后，信号处理模块13分别接收电荷耦合设备12第二次探测到的有效信号光束和对应电荷耦合设备12第二次探测到的有效闲置光束然后分别提取和中的对关联像素对，再求取该对关联像素对中每一对关联像素对的协方差，并作为经过窄带滤波片9的有用信号光束第二次照射待成像目标11后得到的待成像目标11的灰度值。

重复此过程，直到经过窄带滤波片9的有用信号光束第M次照射待成像目标11后，信号处理模块13分别接收电荷耦合设备12第M次探测到的有效信号光束和对应电荷耦合设备12第M次探测到的有效闲置光束然后分别提取和中的对关联像素对，再求取该对关联像素对中每一对关联像素对的协方差，并作为经过窄带滤波片9的有用信号光束第M次照射待成像目标11后得到的待成像目标11的灰度值。

6.3)计算经过窄带滤波片9的有用信号光束M次照射待成像目标11后得到的待成像目标11的对灰度值的平均值，进而得到待成像目标11的量子成像结果。

本发明的成像效果可以通过以下仿真实验得到说明。

(一)仿真条件

按照实验光路设置，电荷耦合设备(CCD)12型号为ixon-ultra-888，为普林斯顿400BR，其像素分辨率为13μm×13μm，探测波长范围是300nm-1100nm，对914nm的光束探测效率可以达到30％，像素大小为20um，量子效率可以达到80％，电荷耦合设备(CCD)12曝光时间为1s，在电荷耦合设备(CCD)12的成像区域选取包含图像信息的300×300像素区域为待成像目标11，照射待成像目标11的次数M为1000，待成像目标11为玻璃上通过镀钛形成的字母“XD”，大小为3mm²，吸收系数为0.1。

分别针对以下三种情况进行仿真：1)干扰光等于5倍信号光束强度；2)干扰光强度等于20倍信号光束强度；干扰的添加方式是：通过另一个激光器产生平行于激光器1的激光脉冲，然后该激光脉冲入射到旋转的毛玻璃上，通过透镜6使得透过毛玻璃的激光脉冲平行于信号光束；此处通过控制该另一个激光器的输出功率改变干扰强度。

(二)仿真内容

在所述仿真条件下，进行实验，分别得到图4(a)～图4(d)和图5(a)～图5(d)；其中，图4(a)为干扰强度为信号强度5倍时，电荷耦合设备(CCD)12探测到的透过待成像目标11的信号光束光场示意图；图4(b)为干扰强度为信号强度5倍时，透过窄带滤波镜10的闲置光束光场示意图；图4(c)为干扰强度为信号强度5倍时，依据亚散粒噪声弱吸收目标量子成像方法对待成像目标11的量子成像结果示意图；图4(d)为干扰强度为信号强度5倍时，依据本发明方法对待成像目标11的量子成像结果示意图；图5(a)为干扰强度为信号强度10倍时，CCD12探测到的透过待成像目标11的信号光束光场示意图；图5(b)为干扰强度为信号强度10倍时，透过窄带滤波片10的闲置光束光场示意图；图5(c)为干扰强度为信号强度10倍时，依据亚散粒噪声弱吸收目标量子成像方法对待成像目标11的量子成像结果示意图；图5(d)为干扰强度为信号强度10倍时，依据本发明方法对待成像目标11的量子成像结果示意图。

(三)结果分析

当干扰强度为信号光束强度5倍时，即干扰强度比较小的时候，很明显可以看出本发明方法相比于亚散射粒噪声具有更好的成像效果。

当干扰强度等于10倍信号光束强度时，若选择亚散粒噪声量子成像方法进行待成像目标11的量子成像结果，会使待成像目标11完全淹没在干扰中，无法完成待成像目标11的量子成像结果；如果使用本发明方法进行待成像目标11的量子成像，可以清晰地看到待成像目标11的量子成像结果及其细节；很明显，在干扰强度很强时，本发明方法相比于亚散射粒噪声具有更好的量子成像效果。

从以上仿真结果可以看出，本发明方法相比于亚散粒噪声量子成像方法在成像背景存在干扰时具有更好的量子成像效果，即可以抑制干扰对成像的影响。

当干扰强度等于5倍信号光强度时，图4(a)的量子成像结果不是很清晰，只能大概看到轮廓；明显可以看出图4(d)比图4(c)的量子成像效果好。

当干扰强度等于10倍信号光强度时，图5(c)和图5(d)分别为亚散粒噪声关联成像方法和本发明方法的量子成像结果；明显可以看出亚散粒噪声弱吸收目标量子成像方法没法成像，而本发明方法得到的量子成像结果中可以清晰地看清楚待成像目标11。

从以上仿真结果可以看出，利用本发明方法可以在强干扰下保持很好的成像效果。

综上所述，仿真实验验证了本发明的正确性，有效性和可靠性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围；这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种抗干扰的亚散粒噪声弱吸收目标量子成像装置，其特征在于，包括：激光器1、望远镜2、半波片3、BBO晶体4、高通全返镜5、透镜6、第一正交极化选择片7、第二正交极化选择片8、窄带滤波片9、窄带滤镜10、待成像目标11、电荷耦合器件12、信号处理模块13；

所述激光器1用于产生中心波长为αnm的激光脉冲；

所述望远镜2对激光器1产生的中心波长为αnm的激光脉冲进行光场的压缩，得到压缩后的激光脉冲；

所述半波片3对压缩后的激光脉冲的极化状态进行选择，得到水平偏振状态下的压缩后的激光脉冲，并发送至BBO晶体4；

所述BBO晶体4与接收到的水平偏振状态下的压缩后的激光脉冲进行参量下转换处理，产生信号光束和闲置光束；

所述高通全反镜5分别将信号光束和闲置光束中中心波长为αnm的光束依次沿BBO晶体4、半波片3、望远镜2、激光器1的路径返回，并将信号光束中除去中心波长为αnm的剩余信号光束和闲置光束中除去中心波长为αnm的剩余闲置光束分别发送至透镜6；

所述透镜6分别对信号光束中除去中心波长为αnm的剩余信号光束进行傅里叶变换，并发送至第一正交极化选择片7；同时对闲置光束中除去中心波长为αnm的剩余闲置光束进行傅里叶变换，并发送至第二正交极化选择片8；

所述第一正交极化选择片7对傅里叶变换后的除去中心波长为αnm的剩余信号光束中的极化状态进行选择，得到经过第一正交极化选择片7的剩余信号光束，并发送至窄带滤波片9；

所述第二正交极化选择片8对傅里叶变换后的除去中心波长为αnm的剩余闲置光束中的极化状态进行选择，得到经过第二正交极化选择片8的剩余闲置光束，并发送至窄带滤镜10；

所述窄带滤波片9用于滤除经过第一正交极化选择片7的傅里叶变换后的除去中心波长为αnm的剩余信号光束中的背景杂散光，得到经过窄带滤波片9的有用信号光束，并发送至待成像目标11；

所述窄带滤镜10用于滤除经过第二正交极化选择片8的傅里叶变换后的除去中心波长为αnm的剩余闲置光束中的背景杂散光，得到经过窄带滤镜10的有用闲置光束，并发送至电荷耦合设备12；

所述待成像目标11接收经过窄带滤波片9的有用信号光束，并使之照射该待成像目标11，得到透过待成像目标11的有用信号光束，在得到透过待成像目标11的有用信号光束的同时，对应得到经过窄带滤镜10的有用闲置光束，然后将透过待成像目标11的有用信号光束和经过窄带滤镜10的有用闲置光束分别发送至电荷耦合设备12；

所述电荷耦合设备12分别用于探测透过待成像目标11的有用信号光束和经过窄带滤镜10的有用闲置光束，分别得到电荷耦合设备12探测到的有效信号光束和电荷耦合设备12探测到的有效闲置光束，并分别发送至信号处理模块13；

所述信号处理模块13对电荷耦合设备12探测到的有效信号光束和电荷耦合设备12探测到的有效闲置光束进行待成像目标11的量子成像，最终得到待成像目标11的量子成像结果。

2.一种抗干扰的亚散粒噪声弱吸收目标量子成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，激光器1用于产生中心波长为αnm的激光脉冲，并使之经过望远镜2，得到压缩后的激光脉冲，再将该压缩后的激光脉冲经过半波片3，得到水平偏振状态下的压缩后的激光脉冲，再将该水平偏振状态下的压缩后的激光脉冲与BBO晶体4进行下参量转换处理，得到信号光束和闲置光束；

步骤2，高通全反镜5分别将信号光束和闲置光束中中心波长为αnm的光束依次沿BBO晶体4、半波片3、望远镜系统2、激光器1的路径返回，然后使用透镜6对信号光束中除去中心波长为αnm的剩余信号光束和闲置光束中除去中心波长为αnm的剩余闲置光束分别进行傅里叶变换；

步骤3，第一正交极化选择片7对傅里叶变换后的除去中心波长为αnm的剩余信号光束中的极化状态进行选择，得到经过第一正交极化选择片7的剩余信号光束；同时第二正交极化选择片8对傅里叶变换后的除去中心波长为αnm的剩余闲置光束中的极化状态进行选择，得到经过第二正交极化选择片8的剩余闲置光束；

步骤4，窄带滤波片9滤除经过第一正交极化选择片7的傅里叶变换后的除去中心波长为αnm的剩余信号光束中的背景杂散光，得到经过窄带滤波片9的有用信号光束；窄带滤镜10滤除经过第二正交极化选择片8的傅里叶变换后的除去中心波长为αnm的剩余闲置光束中的背景杂散光，得到经过窄带滤镜10的有用闲置光束；

经过窄带滤波片9的有用信号光束照射待成像目标11，得到透过待成像目标11的有用信号光束的同时，对应得到经过窄带滤镜10的有用闲置光束，并将该透过待成像目标11的有用信号光束和经过窄带滤镜10的有用闲置光束分别发送至电荷耦合设备12；

步骤5，电荷耦合设备12分别用于探测透过待成像目标11的有用信号光束和经过窄带滤镜10的有用闲置光束，分别得到电荷耦合设备12探测到的有效信号光束和电荷耦合设备12探测到的有效闲置光束，并分别发送至信号处理模块13；

步骤6，信号处理模块13对电荷耦合设备12探测到的有效信号光束和电荷耦合设备12探测到的有效闲置光束进行待成像目标11的量子成像，最终得到待成像目标11的量子成像结果。

3.如权利要求2所述的一种抗干扰的亚散粒噪声弱吸收目标量子成像方法，其特征在于，在步骤4中，所述经过窄带滤波片9的有用信号光束和所述经过窄带滤镜10的有用闲置光束是有对应关系的；

具体为，经过窄带滤波片9的有用信号光束第i次照射待成像目标11时，得到第i次透过待成像目标11的有用信号光束X_i ^300×300，与此同时，对应得到第i次经过窄带滤镜10的有用闲置光束Y_i ^300×300，进而分别得到M次透过待成像目标11的有用信号光束X₁ ^300×300～X_M ^300×300和M次经过窄带滤镜10的有用闲置光束Y₁ ^300×300～Y_M ^300×300，即经过窄带滤波片9的有用信号光束和经过窄带滤镜10的有用闲置光束。

4.如权利要求2所述的一种抗干扰的亚散粒噪声弱吸收目标量子成像方法，其特征在于，在步骤5中，所述电荷耦合设备12探测到的有效信号光束和电荷耦合设备12探测到的有效闲置光束，该电荷耦合设备12包含300×300个物理像素单元，首先将电荷耦合设备12中300×300个物理像素单元重新进行划分，使得电荷耦合设备12中每一个新物理像素单元包含N×N个物理像素单元，得到电荷耦合设备12中个新物理像素单元，然后使用电荷耦合设备12中个新物理像素单元分别用于探测透过待成像目标11的有用信号光束和经过窄带滤镜10的有用闲置光束，即M次透过待成像目标11的有用信号光束X₁ ^300×300～X_M ^300×300和对应M次经过窄带滤镜10的有用闲置光束Y₁ ^300×300～Y_M ^300×300，分别得到电荷耦合设备12探测到的有效信号光束和电荷耦合设备12探测到的有效闲置光束，电荷耦合设备12探测到的有效信号光束可以表示为对应电荷耦合设备12探测到的有效闲置光束可以表示为N<300，且为能被300整除的自然数。

5.如权利要求3所述的一种抗干扰的亚散粒噪声弱吸收目标量子成像方法，其特征在于，所述电荷耦合设备12中每一个新物理像素单元包含N×N个物理像素单元，其中本发明选取N＝5。

6.如权利要求2所述的一种抗干扰的亚散粒噪声弱吸收目标量子成像方法，其特征在于，在步骤6中，所述得到待成像目标11的量子成像结果，其具体子步骤为：

6.1)经过窄带滤波片9的有用信号光束第一次照射待成像目标11后，信号处理模块13分别接收电荷耦合设备12第一次探测到的有效信号光束和对应电荷耦合设备12第一次探测到的有效闲置光束然后分别提取和中的对关联像素对，再求取该对关联像素对中每一对关联像素对的协方差，并作为经过窄带滤波片9的有用信号光束第一次照射待成像目标11后得到的待成像目标11的灰度值；

6.2)经过窄带滤波片9的有用信号光束第二次照射待成像目标11后，信号处理模块13分别接收电荷耦合设备12第二次探测到的有效信号光束和对应电荷耦合设备12第二次探测到的有效闲置光束然后分别提取和中的对关联像素对，再求取该对关联像素对中每一对关联像素对的协方差，并作为经过窄带滤波片9的有用信号光束第二次照射待成像目标11后得到的待成像目标11的灰度值；

重复此过程，直到经过窄带滤波片9的有用信号光束第M次照射待成像目标11后，信号处理模块13分别接收电荷耦合设备12第M次探测到的有效信号光束和对应电荷耦合设备12第M次探测到的有效闲置光束然后分别提取和中的对关联像素对，再求取该对关联像素对中每一对关联像素对的协方差，并作为经过窄带滤波片9的有用信号光束第M次照射待成像目标11后得到的待成像目标11的灰度值；

6.3)计算经过窄带滤波片9的有用信号光束M次照射待成像目标11后得到的待成像目标11的对灰度值的平均值，进而得到待成像目标11的量子成像结果。