量子关联成像技术发展

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1、2017-11-2712:59:56航空兵器2017年5期赵炎U+李高亮++杨照华赵炎IJ,北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院教授、博士生导师，长期从事导航与制导专业的教学与科研工作。研究领域为卫星导航与成像制导、惯性技术及组合导航。主持完成973子课题、863子课题、国家自然科学基金、国防装备预研基金等项日20余项，发表学术论文160余篇，先后获部级科技进步奖3项。摘要：介绍了量子关联成像的概念和发展历史，重点论述了量子关联成像技术三个重要发展阶段：量子纠缠成像理论、热光关联成像理论、计算关联成像理论。阐述了关联成像的优势，分析了量子关联成像方法国内外的研究現状，讨论了量子关联成像

2、存在的问题以及未來的发展趋势。关键词：量子关联成像；鬼成像；非定域；压缩感知中图分类号：TJ760.1；0431.2文献标识码：A文章编号：1673-5048(2017)05-0003-080引言量子关联成像，乂称为鬼成像或符合成像，是近三十年来量子光学领域研究的热点自20世纪90年代被发现以来[1-5],因其具有高分辨率、非局域性、抗干扰性强的特点引起了极大的关注，在生命科学、信息技术和国防装备研制领域有看潜在的应用前景。人类获取的信息，90%源于视觉，即物体本身发出的或反射的光在眼球中视网膜上的成像。图像使人们对事物的认知理解更加直观，对人类的重要性不言而喻，随着信息科技的发展，能将

3、光场信息进行记录的产品如数码相机等，已经成为人们不可或缺的生产工具。就成像原理来说，传统或经典光学成像人部分是基于透镜成像原理。透镜成像的特点是能够在像平面与物平面上的光场中建立点与点之间一一对应的关系，通过介质对光场信息进行记录。光场空间一一对应关系的建立,除了通过透镜或透镜组之外，还可以由小孔或相干全息术实现。作为量子光学的-个重要分支，量子关联成像是一种与经典成像截然不同的新型成像方式，其最大特点是物像分离。不同于传统成像对于信号强度的克接记录，关联成像是通过模拟、控制辐射场的量子涨落、强度、相位等信息，提取具有关联性质的强度信息，完成对物体的非局域成像。正是由于具备这种有别于常规

4、思维的成像特点，关联成像也被称为“鬼成像”。关联成像的成像装置布局与传统的光学探测成像有所不同，其成像结果是通过关联计算桶(点)探测器和阵列探测器的强度信息而得到的。其中桶探测器收集光路经过被探测物体透射或反射作用后的总光强信息，即信号光路的信息；阵列探测器所在的光路屮不含待测物体，收集的只是自由传播一段距离后的光场信息，即参考光路的收稿日期：2017-07-22作者简介：赵刻(1956・)，男，山西临汾人，教授，研究方向为卫星定位与导航技术、图像处理与成像制导技术。引用格式：赵刻，李高亮，杨照华.量子关联成像技术发展[J].航空兵器，2017(5):3-10.Zhao丫an,LiGao

5、liang,YangZhaohua.DevelopmentofQuantumCorrelationImagingTechnology［J］.AeroWeaponry,2017（5）:3-10.（inChinese）信息。关联成像的奇特之处在于，单独的桶探测器测量或阵列探测器测量都不能获得物体信息，但通过关联两探测器测量的强度信息却能够恢复物体的信息，并且得到的物体图像分辨率可以突破衍射极限。关联成像不仅能重现物体信息，也可以通过关联成像方案实现关联干涉和关联衍射等奇特现象。作为一种新型成像技术，关联成像的原理及可能的应用得到了广泛的关注。与传统光学成像相比，关联成像具有三个主耍特点：（1

6、）具有非定域性，可以在不包含物体的光路上成像；（2）成像空间分辨率高，可以突破衍射极限；（3）-定条件下，可以消除大气湍流和散射介质对成像的影响。所以，量子关联成像在遥感、医学、显微成像，以及弹载、星载成像探测等方面有着潜在的应用价值。1量子关联成像技术发展历程量子关联成像从诞生发展至今，己经有了近三十年的发展历史，大致可以分为三个发展阶段:第一阶段（1994年至2001年），量子纠缠成像理论及其实验研究，主要注重于基木物理理论解释;第二阶段（2002年至2008年），热光关联成像理论及其实验研究，逐步开始转向应用研究；第三阶段（2008年以后），计算关联成像及其实验研究，己经开始进行实

7、用性探索研究。量子关联成像的理论和实验基础是关联测量原理，乂叫符合测量原理，其报初的想法来自著名的HBT实验。HBT实验引入了光场的二阶关联函数理论和符合测量方法，是量子光学发展历史中的奠基性实验。（1）HBT实验如何测量恒星的角直径一直是天文学家亟待解决的难题，因为在地球上观察到的恒星角直径都非常小，人们用望远镜无法直接观测。直到1956年，英国曼彻斯特大学研究人员HanburyBrown和Twiss提出了使用强度干涉仪［1］,对