基于复指数整形相干光源的计算鬼成像技术及其在光学加密中的应用研究

Ghost imaging is a nonlocal imaging method that renews the knowledge of classically optical imaging and paves a new way for practical applications in hostile environment. Due to its unique characteristics, ghost imaging may play a vital role in real applications, such as coherent diffraction imaging, sensing imaging, military reconnaissance and optical encryption. In this grant, we will present a novel imaging method, called computational ghost imaging with complex exponential shaped coherent sources, to improve the imaging efficiency and robustness of the ghost imaging system. The influences of parameters of the shaped sources, diffraction of the optical field and disturbance of the turbid medium on ghost imaging quality will be investigated theoretically and experimentally. Moreover, we will further explore the application of computational ghost imaging in optical encryption. This grant has an important research value for the improvement and practical applications of the ghost imaging.

鬼成像技术作为一种新型的非定域成像方式更新了人们对传统成像的认识，为解决目前光学成像中的许多难题提供了一种新的途径。由于其独特性质，鬼成像技术有望在相干衍射成像、遥感成像、军事侦查、光学加密等领域发挥重要作用。为了促进鬼成像技术在真实环境中的应用，本项目以提高鬼成像的成像效率为牵引目标，拟提出一种新型的基于复指数整形相干光源的计算鬼成像方案，将在采样次数、图像质量、抗干扰性等方面相对于现有鬼成像技术有大幅度地提高。将理论结合实验研究基于复指数整形相干光源的计算鬼成像技术在不同条件下（无衍射效应、衍射效应、浑浊介质）的成像效率与物理特性，详细分析整形光源的正交特性、光场的衍射效应、浑浊介质的扰动对成像质量的具体影响，并深入探讨该成像技术在光学加密中的应用潜能。本项目研究对提高鬼成像技术的成像效率、鲁棒性及其在光学加密中的应用具有重要科学意义。

鬼成像技术作为一种新型成像方式更新了人们对传统透镜成像的认识，为解决目前光学成像中的许多难题提供了新途径。在国家自然科学基金委的大力支持下，本项目以提高鬼成像的成像效率为牵引目标，提出了一种新型的基于复指数整形相干光源的计算鬼成像方案，在采样次数、图像质量、抗干扰性等方面相对于现有鬼成像技术有大幅度地提高。理论结合实验分别研究了计算鬼成像技术在不同条件下（无衍射效应、衍射效应、毛玻璃）的成像效率与物理特性，详细分析了光源的正交特性、光场的衍射效应、毛玻璃干扰对成像质量的具体影响，并深入探讨了鬼成像技术在光学加密中的应用。研究结果表明，利用复指数整形相干光源的正交特性可以显著提高鬼成像的采样效率；利用该光源的无衍射特性可以很好地解决目标轴向运动造成图像质量下降的问题；利用该光源的强穿透特性可以有效地提升复杂环境下的鬼成像图像质量；利用图像分割技术可以简单易行地增加基于鬼成像原理实现的光学加密系统的保密特性。相关研究成果已经发表高水平SCI论文6篇，相关技术已经申请国家发明专利4项，其中2项已经授权。因此，本项目研究对提高鬼成像技术的成像效率、鲁棒性及其在光学加密中的应用具有重要科学意义。