CN114993468A - 一种相位时域鬼成像的装置 - Google Patents

一种相位时域鬼成像的装置 Download PDF

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CN114993468A CN202210586668.3A CN202210586668A CN114993468A CN 114993468 A CN114993468 A CN 114993468A CN 202210586668 A CN202210586668 A CN 202210586668A CN 114993468 A CN114993468 A CN 114993468A
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陈君
戚国震
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2823—Imaging spectrometer

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Abstract

本发明公开了一种相位时域鬼成像的装置。该装置利用时间域上的非相干光源产生的光脉冲作为成像光源，将光脉冲分为两路，一路与待测时间信号作用并由一个光电二极管接收，在光电二极管上将时域信号转换为频率域信号，利用滤波器函数将低频部分过滤掉，高频部分保留，再转换为时域信号记录其光强信息；另一路由另一个光电二极管记录信号强度波形，再对两个光电二极管的光强进行二阶关联运算即可得到对相位调制的图像，该装置即为相位时域鬼成像装置。该方法装置简单，易于调制，在光学成像等领域具有应用价值。

Description

一种相位时域鬼成像的装置
技术领域
本发明公开了一种相位时域鬼成像的装置，属于光学成像领域。
背景技术
鬼成像是一种很有前途的技术，它是利用间接成像的方式，其成像结构通常需要两个探测器：一个单像素探测器测量光束与物体相互作用后的总强度信号；另一个多像素探测器在没有任何物体信息的情况下记录另一束光的空间强度分布。通过对两束光强波动的相关计算，可以得到目标图像。
目前，对于相位物体的鬼成像，只有少数几种策略被提出。这是因为传统的鬼成像算法只能获得目标透射函数的平方模信息，无法直接对目标透射函数的相位进行成像。
与空域鬼成像相比，时域鬼成像在实验上利用激光二极管发射的时间随机涨落的光束替代了空间随机涨落的光束，超快电光调制器对入射光场的时间强度调制替代了空间物体与光场的相互作用。通过多次测量，对参考光路快探测器与信号光路慢探测器之间的强度波形进行关联运算，实现了对信号的高质量重构恢复。但是目前时间鬼成像还无法对纯相位物体进行成像，这严重阻碍了鬼成像的发展和应用。因此，我们提出一种相位时域鬼成像的装置，该装置可以对时间相位信号进行时域成像，是自由空间光学成像发展的迫切要求之一。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种相位时域鬼成像的装置。本发明利用时域鬼成像，对频率域进行处理，通过高通滤波实现对时域相位调制波形的成像。本发明使用的装置光学器件少且布局简单。
实现发明目的的技术方案是提供一种相位时域鬼成像的装置，包括以下步骤：
(1)时间域上的非相干光源产生光脉冲作为成像光源；
(2)光脉冲经过分束器分为两路：一路为信号光路，光束被待测时间信号O(t)散射(乘法调制)；该待测时间信号O(t)是一个由脉冲模式发生器驱动的超快电光调制器产生的位序列，其函数表达式为O(t)＝exp[iφ(t)]；与待测时间信号O(t)作用后的信号光由一个光电二极管D1接收并进行时间积分；另外一路为参考光路，光束直接被另一个光电二极管D2接收，并实时记录信号强度波形；探测器D1和D2都能够分辨光信号的时序结构；
(3)光电二极管D2上脉冲光场为E(t)，其接收到的光强记为I2(t),其中I2(t)＝
|E(t)|2；光电二极管D1接收到的光强记为I1(t)，其中I1(t)＝∫dt|E(t)O(t)|2；
(4)为了实现对待测时间信号O(t)的成像，需要对光电二极管D1接收到的光强进行处理；首先，将D1接收到的时域信号转换为频率域信号；D1接收的时间信号与D2接收的时间信号同时获得；然后，利用滤波器函数P(t)将D1信号的低频部分过滤掉，将高频部分保留；再将该信号从频率域转换为时域，由此得到光强
Figure BDA0003663676760000021
Figure BDA0003663676760000022
P(t)为高通滤波函数；
(5)将D1与D2接收到的光强进行二阶关联运算
Figure BDA0003663676760000023
即可得到时域相位调制波形O(t)的图像g(2)(t)；该关联函数g(2)(t)是时间信号O(t)的相位函数的二阶导，即
Figure BDA0003663676760000024
本发明的有益效果是：
1.该方法下的时域鬼成像可以对时域相位调制波形进行成像；
2.本发明可根据时域相位调制波形的变化快慢调制成像速度，获得最佳成像效果；
3.本发明所采用的装置光路结构简单，易于调整，制造成本低，容易实现，实用性强，在光成像和探测等领域具有应用价值。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种相位时域鬼成像的装置结构示意图。
图2是本发明实施例提供的一种待测时间信号O(t)；
图中，1：光源；2：分束器；3：待测时间信号；4：D1光电二极管D1；5：D2光电二极管；6：电脑；7：关联器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详尽说明，以下实施例是对本发明的解释，也是本发明较好的应用形式，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，它是本实施例提供的一种相位时域鬼成像的装置结构示意图，它包括1：光源；2：分束器；3：待测时间信号；4：D1光电二极管；5：D2光电二极管；6：计算机；7：关联器。结合图1，本实施例的工作步骤如下：
(1)时间域上的非相干光源1产生光脉冲作为成像光源；
(2)光脉冲经过分束器2分为两路：一路为信号光路，光束被待测时间信号3散射(乘法调制)；该待测时间信号O(t)是一个由脉冲模式发生器驱动的超快电光调制器产生的位序列，其函数表达式为O(t)＝exp[iφ(t)]；与待测时间信号O(t)作用后的信号光由一个D1光电二极管4接收并进行时间积分；另外一路为参考光路，光束直接被另一个D2光电二极管5接收，并实时记录信号强度波形；探测器D1和D2都能够分辨光信号的时序结构；
(3)D2光电二极管上脉冲光场为E(t)，其接收到的光强记为I2(t),其中I2(t)＝
|E(t)|2；D1光电二极管接收到的光强记为I1(t)，其中I1(t)＝∫dt|E(t)O(t)|2；
(4)为了实现对待测时间信号O(t)的成像，需要对D1光电二极管接收到的光强利用计算机6进行处理；首先，将D1接收到的时域信号转换为频率域信号；D1接收的时间信号与D2接收的时间信号同时获得；然后，利用滤波器函数P(t)将D1信号的低频部分过滤掉，将高频部分保留；再将该信号从频率域转换为时域，由此得到光强
Figure BDA0003663676760000031
Figure BDA0003663676760000032
P(t)为高通滤波函数；
(5)将D1与D2接收到的光强在关联器7处进行二阶关联运算
Figure BDA0003663676760000033
即可得到时域相位调制波形O(t)的图像g(2)(t)；该关联函数g(2)(t)是时间信号O(t)的相位函数的二阶导，即
Figure BDA0003663676760000034

Claims (1)

1.一种相位时域鬼成像的装置，其特征包括以下步骤：
(A)时间域上的非相干光源产生光脉冲作为成像光源；
(B)光脉冲经过分束器分为两路：一路为信号光路，光束被待测时间信号O(t)散射(乘法调制)；该待测时间信号O(t)是一个由脉冲模式发生器驱动的超快电光调制器产生的位序列，其函数表达式为O(t)＝exp[iφ(t)]；与待测时间信号O(t)作用后的信号光由一个光电二极管D1接收并进行时间积分；另外一路为参考光路，光束直接被另一个光电二极管D2接收，并实时记录信号强度波形；探测器D1和D2都能够分辨光信号的时序结构；
(C)光电二极管D2上脉冲光场为E(t)，其接收到的光强记为I2(t)，其中I2(t)＝|E(t)|2；光电二极管D1接收到的光强记为I1(t)，其中I1(t)＝∫dt|E(t)O(t)|2；
(D)为了实现对待测时间信号O(t)的成像，需要对光电二极管D1接收到的光强进行处理；首先，将D1接收到的时域信号转换为频率域信号；D1接收的时间信号与D2接收的时间信号同时获得；然后，利用滤波器函数P(t)将D1信号的低频部分过滤掉，将高频部分保留；再将该信号从频率域转换为时域，由此得到光强
Figure FDA0003663676750000011
Figure FDA0003663676750000012
P(t)为高通滤波函数；
(E)将D1与D2接收到的光强进行二阶关联运算
Figure FDA0003663676750000013
即可得到时域相位调制波形O(t)的图像g(2)(t)；该关联函数g(2)(t)是时间信号O(t)的相位函数的二阶导，即
Figure FDA0003663676750000014
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117665850A (zh) * 2023-12-29 2024-03-08 中国人民解放军国防科技大学 逐像素时域编码快速关联成像方法和系统

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