基于LCOS空间光调制器的单像素成像实验

基于LCOS空间光调制器的单像素成像实验

♦ 实验介绍

基于LCOS单像素成像系统是通过在LCOS空间光调制器上加载一系列掩膜，经过空间光调制器的调制光照射至物体，用探测器获得对应掩膜的一系列光强值来恢复物体的像。相比传统成像系统，单像素成像系统具有体积小的优点，不仅可以用于可见光波段成像，也可用于红外、太赫兹等非可见光波段的成像。

基于LCOS单像素成像系统实物图

♦ 知识点

一阶关联、二阶关联、鬼成像、单像素成像

♦ 涉及课程

近代物理、量子光学

♦ 实验内容

1、了解LCOS工作原理，学习单像素成像理论

2、搭建单像素成像光路，探测信号光强度，获取桶探测信号

3、结合散斑信息，重建原物体图像

♦ 实验原理及图示

计算鬼成像（Computational Ghost Imaging，CGI）是单像素成像的理论基础，与传统经典双臂鬼成像不同，计算鬼成像为单臂光路，仅靠一桶探测器即可恢复物体的像。其过程是在LCOS空间光调制器上加载振幅随机分布的散斑图，光束经过散斑调制后类似赝热光源，散斑场可以通过成像系统投影到被测物体上，或者根据自由空间的衍射理论计算出来某一位置的散斑分布，参考臂信息可以直接使用散斑图或者通过计算获取参考光场分布；信号臂采用阵列探测器充当桶探测器来探测总光强值；桶探测器的光强值与计算的散斑分布进行关联就能够恢复物体的像。

LCOS单像素成像光路示意图

♦ 实验效果

散斑截图（部分）

强度截图（部分）

散斑图、桶探测强度及重建图

上图分别为2000、3500、5000个采样点重建结果（分辨率30×30）

♦ 技术指标

激光光源：波长532nm，输出功率>50mw，中心波长 λ 532nm，光束直径 1.5mm，光束发散角 1mrad，功率稳定性 <5%；含激光夹持器、支杆等支撑器件；

圆形可调衰减器：基底材料 K9；外形尺寸Φ54±0.1mm，波段 400～700nm，平行度 30"，光洁度 III 级，镀膜扇形角宽：270°；

空间滤波器组件： 40×显微物镜，15um，25um针孔，高精度三维调节机构，微调精度0.002mm；

光束准直组件：Φ25mm，f75mm，工作波长400-760nm，含镜座；

LCOS空间光调制器：LCOS反射式，混合调制，调制范围0-1.2PI，分辨率1280*720，像素大小6.3um，工作波长400nm-700nm，HDMI接口，电源供电12V，工作频率60hz；

成像组件：直径Φ25mm，焦距100mm，表面鍍可见光增透膜；

聚焦组件：焦距25mm，表面增透@400-700nm；

偏振片组件：通过孔径Φ25mm，工作波长400-750nm，偏振度300:1；旋转角度0-360度，旋转最小读数2度，包含夹持、支撑系统；

光阑组件：通光孔2-29mm可调，包含支撑组件；

目标物组件：包含白屏、目标信息及夹持组件；

桶探测器组件：COMS阵列传感器，分辨率1280×1024，量化深度10bit，像素大小5.2μm×5.2μm，USB2.0接口，快门时间1ms-100ms；

软件模块：软件包含数LCOS控制模块、散斑产生模块和单像素重建模块等三个部分，其中LCOS控制模块可以读入散斑图、设置播放频率和播放数量，可以与COMS采集同步；散斑产生模块可以设置散斑分辨率、散斑数量，可将计算结果保存到本地；单像素重建部分包含桶探测器数据读入、散斑数据读入、桶探测器强度计算和单像素成像重建。

♦ 必备设备

光学平台、电脑（可笔记本）

♦ 选配清单

光学清洁箱、光学储存干燥箱、实验设备展板

♦ 系统部分组件（点击图片可进入商城选购）

产品咨询

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