南京邮电大学通信与信息工程学院信号处理与传输研究院，江苏 南京 210003
针对未知物体的分类问题，提出了一种基于支持向量机和关联成像的分类方法。该方法利用线性判别分析法提取出物体的特征向量，并根据该特征向量设计出应用于关联成像系统的特征散斑，将特征散斑照射物体获得桶探测器值，支持向量机可以依据桶探测器值进行判别从而获得物体的类别。该方法的可行性在MNIST数据集上得到了验证，结果表明，该方法在10个分类任务中均可取得较高的分类准确率，平均分类准确率达90.5%。与其他分类方法的对比结果表明，所提方法在准确率上更具优势。
关联成像 线性判别分析 机器学习 支持向量机 激光与光电子学进展
2024, 61(10): 1011008
1 南京邮电大学通信与信息工程学院，南京 江苏 210023
2 固体微结构物理国家重点实验室，南京 江苏 210008
衍射深度神经网络（D2NN）通过无源衍射层的深度学习，可实现快速高效的深度学习功能。利用多组不同湍流强度干扰下的轨道角动量（OAM）态和目标OAM态组成的训练数据集对设计的D2NN网络组件进行训练，更新和优化组件中各参数，直到由D2NN输出的OAM态与目标OAM态的平方误差损失函数达到预定的阈值，便可获得实现高速、高精度的OAM波前校正的D2NN组件。测试结果表明：D2NN迭代次数、衍射层数、训练参数的选择会对组件的校正速度和准确度产生影响，通过D2NN可以实现受大气湍流干扰的OAM态的高精度校正；当大气湍流强度为10-14 m-2/3、D2NN网络层层数为8时，组件性能最佳，其损失函数相比5层网络层的D2NN降低超过45.45%；而对于更强大气湍流的干扰，可以通过增加网络训练时的迭代次数来提高校正的准确度，迭代20次后损失函数的值降低率达到98.03%；对于湍流强度较弱的干扰，训练时采用纯相位参数，组件的性能更优；而对于强湍流的干扰，训练时采用相位参数与振幅参数两者相结合的方法，组件的性能更优；除此之外，OAM态的拓扑荷值越小，校正后的失真度越小。
衍射深度神经网络 无源衍射层 轨道角动量态 大气湍流 相位屏 光学学报
2023, 43(24): 2401008
南京邮电大学信号处理与传输研究院，江苏 南京 210003
提出了一种基于均值滤波的计算鬼成像（CGI）去噪方法，可以有效降低来自复杂环境的噪声干扰，提高CGI的成像质量。以尺寸为3×3的模板均值滤波器为例，设计了9组与均值滤波器相关的Hadamard移动散斑，并将各移动散斑依次照射到待测物体上，获得对应的桶探测器值。将9组桶探测值的累加值与散斑进行二阶关联，可获得被测物体去噪后的像。仿真和实验结果表明：在相同高斯和椒盐噪声环境下，所提方法获取的成像结果明显优于传统CGI的结果；所提方法具有较好的去噪能力，在不断变化的复杂环境中，有一定的应用优势。另外，所提方法将图像去噪中的均值滤波概念引入到关联成像中，提供了一种将信号处理方法用于CGI的新思路。
成像系统 计算鬼成像 均值滤波 移动散斑 去噪 光学学报
2022, 42(22): 2211002
南京邮电大学信号处理与传输研究院，江苏 南京 210003
为了提高发送或不发送量子密钥分发（SNS-QKD）的性能，提出了基于标记配对相干态光源（HPCS）的SNS-QKD协议，即HPCS-SNS-QKD协议。该协议中使用HPCS代替弱相干态光源（WCS）。与WCS相比，HPCS所发射的真空态脉冲比例更低，因此HPCS-SNS-QKD协议可有效降低单光子误码率。推导了密钥生成率与安全传输距离之间的关系，并进一步给出在脉冲总数有限条件下的密钥生成率表达形式。仿真结果表明：HPCS-SNS-QKD协议可以突破单光子密钥传输距离上界，且相比于WCS-SNS-QKD协议，HPCS-SNS-QKD协议的安全传输距离更远、密钥生成率更高，且能容忍更大的失调误差。在有限脉冲数下，HPCS-SNS-QKD获得更高的密钥生成率。
量子光学 量子密钥分发 发送或不发送量子密钥协议 标记配对相干态 弱相干光源 激光与光电子学进展
2021, 58(23): 2327001
红外与激光工程
2021, 50(9): 20210428
1 南京邮电大学信号处理与传输研究院, 江苏 南京 210003
2 阜阳师范学院信息工程学院, 安徽 阜阳 236041
针对运动物体,提出了集时间和空间关联于一体的成像方案。物体的运动被分割为一系列的图片帧,第一帧选作空间关联的目标物体。将帧间运动物体相对位置信息编码构成的时间信号作为时间关联的目标信息,通过空间和时间关联成像技术,非局域地获取第一帧图片和帧间时间信号;根据设定的规则,将时间信号转换为帧间运动物体的空间相对位置,结合第一帧图片对运动物体进行移位操作,获得第二帧图片;在第二帧图片基础上,结合时间关联恢复的运动物体空间相对位置信息,恢复出第三帧图片。以此类推,获得所有帧图片,最后合成物体的运动。通过数值仿真对所提方案的可行性进行了验证。与已有运动物体关联成像方案相比,所提方案降低了运动物体多帧关联成像的数据量和重构时间,为非局域地探索运动物体成像提供了新的研究思路。
量子光学 关联成像 时间关联 空间关联 运动物体 quantum optics correlation imaging temporal correlation spatial correlation moving object
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Signal Processing and Transmission, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210003, China
2 College of Information Engineering, Fuyang Normal University, Fuyang 236037, China
In this Letter, we propose an advanced framework of ghost edge imaging, named compressed ghost edge imaging (CGEI). In the scheme, a set of structured speckle patterns with pixel shifting illuminate on an unknown object. The output is collected by a bucket detector without any spatial resolution. By using a compressed sensing algorithm, we obtain horizontal and vertical edge information of the unknown object with the bucket detector detection results and the known structured speckle patterns. The edge is finally constructed via two-dimensional edge information. The experimental and numerical simulations results show that the proposed scheme has a higher quality and reduces the number of measurements, in comparison with the existing edge detection schemes based on ghost imaging.
110.1650 Coherence imaging 110.1758 Computational imaging Chinese Optics Letters
2019, 17(7): 071101
南京邮电大学信号处理与传输研究院, 江苏 南京 210003
提出了一种基于标记配对相干态(HPCS)和轨道角动量的循环差分相移量子密钥分发(RRDPS-QKD)方案,以光子轨道角动量作为信息载体,使用多种不同拓扑荷的轨道角动量的叠加态进行RRDPS-QKD的信息编码,显著提高了密钥生成率。使用HPCS作为量子光源,有效减小了空脉冲和多光子脉冲的比例,提高了密钥生成率。分析了光源在湍流大气信道中的传输特性,考虑了信道衰减和大气湍流对系统性能的影响。
量子光学 量子密钥分发 轨道角动量 标记配对相干态
1 南京邮电大学信号处理与传输研究院, 江苏 南京 210003
2 全球能源互联网研究院有限公司, 江苏 南京 210003
电力信息系统数据(尤其是国际业务数据)的安全传输关系着整个电网的安全运行。无条件 安全的量子通信技术可大幅提高系统数据传输的安全级别,并提供对窃听者的可检测性。 基于与测量设备无关量子密钥分配(MDI-QKD)协议,针对国际电力业务数据传输的特殊性, 提出将MDI-QKD协议应用到传统的电力系统国际业务数据传输的即插即用MDI-QKD方案,此方 案包括测量控制中心、外网国际业务专区和海外传输前置区。测量控制中心负责光脉冲的产 生和贝尔态测量,外网国际业务专区和海外传输前置区通过密钥管理端口与量子虚拟专用 网(VPN)相连,实施数据加密,理论分析验证了所提方案的可行性。
量子通信 国际业务数据传输 即插即用 测量设备无关量子密钥分配协议 quantum communication international business data transmission plug-and-play measurement-device-independent quantum key distrib
南京邮电大学信号处理与传输研究院, 江苏 南京 210003
提出了一种新的基于多波长光源计算鬼成像的光学加密方案。方案使用红绿蓝三色光产生多个随机散斑,将散斑序列的相位掩膜矩阵调制成随机Toeplitz矩阵,散斑的对应波长是随机三色光波长,相位掩膜和波长同时作为光学加密的两个密钥。所有散斑经过相同的轴向距离到达物体后,最终利用压缩感知技术恢复物体图像。数值仿真表明,方案在双密钥全部已知条件下能完全恢复物体图像,密钥窃取率低于60%不能获得物体图像信息。获得同等质量的图像,方案所需的测量次数和传输密钥量仅是基于计算鬼成像的双密钥光学加密方案的1/3。
图像与信息处理 光学加密 计算鬼成像 多波长光源 Toeplitz矩阵 压缩感知 image and information processing optical encryption computational ghost imaging multiple wavelengths light source Toeplitz matrix compressive sensing
