全偏振赝热光鬼成像系统的探索研究

As a single pixel imaging technology, ghost imaging is attracting more and more attention from scholars at home and abroad. Currently, the most ghost imaging studies focus on relying on the intensity of the reflected light from the target to obtain objective characteristics, while ignoring the polarization information of the reflected light. Because the polarization property of different material target is different, the polarization detection has great value in target detection and recognition. We build a two values measurement polarization ghost imaging system, make improvements on it, and get a new full polarization pseudothermal light ghost imaging system which can get the full polarization characteristics of target by detecting the Stokes parameter of the reflected light. The theoretical analysis of the full polarization ghost imaging system will be established to get the resolution and contrast expression including system, material and light polarization parameters. The corresponding experiment platform will be built to verify the results. Finally, multi-image information fusion algorithm will be proposed to obtain the abundant information fused image. The full polarization ghost imaging system will improve the performance of the ghost imaging in target detection and recognition and have a huge advantage in the situation when the different material objects are buried in the same reflectivity background and the scattering media environment.

鬼成像作为一种单像素成像技术受到了越来越多国内外学者的关注。目前关于鬼成像的研究绝大部分集中在依靠目标反射光强度来反演目标特征，而忽视了反射光中的偏振信息。由于不同材质目标之间偏振特性的差异性，使得偏振探测对于目标探测识别具有重要的价值。我们提出了二值测量偏振鬼成像系统，对此系统进行改进，得到新型全偏振赝热光鬼成像系统，实现对目标反射光的偏振Stokes探测，从而能够反演获取目标全偏振特征信息。对系统进行理论分析，获得系统与材质及光源偏振特性相关的分辨率、对比度表示形式，并研制相应的实验平台进行验证。最后创建多元图像信息融合算法，对系统获取的多源信息进行有效的融合，反应丰富的场景信息。该系统有助于提高鬼成像对不同材质目标的探测识别准确度，尤其是在异物同谱和散射环境下此系统将会呈现出巨大的优势。

鬼成像，又称关联成像、单像素成像，是一种新型的光学成像技术。偏振鬼成像技术将目标的信息从三维（光强、光谱、空间）扩展到更多维数（光强、光谱、空间、偏振度等），可以更加全面的表征目标信息。本项研究以此为出发点，研制了新型全偏振鬼成像系统，可以全面获取目标偏振信息，对此系统进行了理论分析、系统研制和实验研究，为下一步的实际应用做好了理论及工程方面的铺垫。.首先，从光源和材质的偏振特性、光的偏振作用规律及鬼成像机理出发，研究不同的光源偏振特性、不同的材质目标下，偏振鬼成像系统获取的目标偏振参量信息，推导出了相应的数学表示形式；.再次，研制了基于前向调制和后向调制的全偏振鬼成像实验系统。前向调制系统固定探测端偏振配置，转换光源的偏振特性进行全偏振鬼成像，利用实验系统对不同材质目标进行了偏振鬼成像实验，结果表明前向调制全偏振鬼成像可以实现对不同材质目标的分类识别；后向调制系统固定光源的偏振特性，转换探测端偏振配置进行全偏振鬼成像，利用实验系统对不同材质目标进行了偏振鬼成像实验，获取了目标的全部偏振参量信息，结果表明该系统可以实现对不同材质目标的分类识别；提出了目标信息的压缩演化复原算法，在很小的采样率下就可获取高质量的目标信息；基于前向调制系统的理论分析，提出了新颖的偏振空间复用鬼成像系统，通过固定前向光源的偏振特性和后向单个探测器的偏振配置，实现了对不同材质目标的偏振鬼成像。.最后，将HSL-RGB图像融合技术应用于偏振鬼成像系统中，将系统获取的多个偏振图像进行有效地融合，来全面描述目标结构，提高目标探测识别效能。实验结果表明该融合技术在提高偏振鬼成像系统识别和探测性能上效果显著。