基于光学记忆效应的多光谱散射成像方法

光在透过散射介质后发生散射现象,在成像系统焦平面形成无序的随机散斑图像,因此人们无法直接观测到隐藏在散射介质后的目标的图像信息与光谱信息。利用基于光学记忆效应的散斑相关成像技术,可以实现透过散射介质的目标重建,但当前研究主要针对单波段照明条件下的图像信息恢复,而目标的光谱信息在成像过程中易丢失。提出采用快照式微滤光片阵列多光谱探测器进行多光谱散射成像的方案,通过实验得到宽谱氙灯光源照明条件下的穿透散射介质成像结果。提出了基于光学记忆效应的穿透散射介质目标多光谱信息重构方法,实现了对隐藏在散射介质之后的目标多光谱信息的探测成像。针对多光谱探测器所造成的成像质量差的问题,提出了利用自相关预处理方法提升穿透散射介质多光谱成像质量的方法。     

采用最早到达光透过高散射介质成像

综述了最早到达光方法透过散射介质成像技术,详细地介绍了克尔快门时间空间选通成像技术共焦扫描条纹相机成像技术、非线性二次谐波产生－互相关选通成像技术及电子学全息选通成像技术,对这几种选通成像技术目前扫展状况,优缺点给出了评述。     

透过散射介质对直线运动目标的全光成像及追踪技术

光散射是限制光传输以及降低和破坏光学成像性能的主要因素,透过复杂散射介质对运动目标的全光成像是光学领域极具挑战性的技术之一.本文提出一种利用散斑差值自相关透过散射介质对运动目标进行实时追踪的方法.采用赝热光照明,基于光学记忆效应理论,通过对运动目标采集的两帧散斑做差值,然后做自相关运算,计算目标移动的距离,实现对目标的实时追踪,并且利用相位恢复算法进行简单处理就可以重建隐藏目标.对该方法进行了实验验证,成功地对隐藏的运动目标实现了成像与追踪.这种透过散射介质对运动目标的全光成像及实时追踪技术,在生物医学等领域具有重要应用潜力.     

超短脉冲激光通过高散射介质的电子学全息成像技术研究

根据超短脉冲激光透过高散射介质成像的电子全息原理,建立了一套完整的适用于透过高用射介质成像的电子学全息系统。采用该系统,透过厚度为１２ｍｍ,体积百分比为５％的鲜奶和水的混合散射液体,对直径为０．６５ｍｍ的金属丝实现了成像。     

非侵入式散射介质内多光谱重建

近年来许多方法被提出以实现透过散射介质的聚焦和成像,然而,在非入侵且无波前整形技术的情况下,透过散射介质的目标光谱重建仍极具挑战.提出了一种非侵入式散射介质内多光谱重建的新方法.该方法通过非侵入式的探测手段,利用随机散斑照明隐藏目标,成像光谱仪记录目标的光谱信息和空间信息,并结合非负矩阵分解算法对目标混叠谱进行解析,从...     

散射介质超衍射极限技术研究进展

综述了已有散射介质超衍射极限聚焦和成像技术的研究现状及进展。首先介绍了这一领域的研究背景及意义,以及已有超衍射极限成像技术的发展现状;然后给出了应用于超衍射极限成像的散射介质定义;其次分析了时间反演技术在声学、微波领域聚焦上的应用,介绍了时间反演法在光学领域超衍射极限聚焦应用中的实现方法,总结了散射介质加入到光学系统中的作用,分析了利用反馈控制调节和光学相位共轭方法进行散射介质超衍射极限聚焦方法的特点;讨论了基于空域和空频域传输矩阵测量的散射介质宽场成像方法及在该目的下的散射介质制备方法;最后给出了散射介质光学超衍射极限成像技术研究前景及展望。     

散射介质超衍射极限技术研究进展

综述了已有散射介质超衍射极限聚焦和成像技术的研究现状及进展。首先介绍了这一领域的研究背景及意义,以及已有超衍射极限成像技术的发展现状;然后给出了应用于超衍射极限成像的散射介质定义;其次分析了时间反演技术在声学、微波领域聚焦上的应用,介绍了时间反演法在光学领域超衍射极限聚焦应用中的实现方法,总结了散射介质加入到光学系统中的作用,分析了利用反馈控制调节和光学相位共轭方法进行散射介质超衍射极限聚焦方法的特点;讨论了基于空域和空频域传输矩阵测量的散射介质宽场成像方法及在该目的下的散射介质制备方法;最后给出了散射介质光学超衍射极限成像技术研究前景及展望。     

偏振相移与相位共轭结合的散射光聚焦技术研究

散射介质对光的随机散射作用是制约其光学聚焦和成像的重要因素，光学相位共轭技术能够通过对散射光场共轭还原实现透过散射介质的光学聚焦和成像，其中散射光场相位的获取是共轭还原的核心。阐述了偏振相移的基本原理，将偏振相移与相位共轭技术相结合，设计了新的基于偏振相移的数字光学相位共轭系统。采用633 nm的HeNe激光器作为系统光源，毛玻璃作为散射介质开展散射光聚焦实验研究。实验结果表明:该装置能够成功实现透过散射介质的光学聚焦，其中聚焦点与背景光强的比值可达约400倍。     

高散射性介质环境中的激光主动成像技术

基于激光照明的主动成像技术是将激光技术、成像技术、微弱目标的图像处理技术结合在一起而发展的综合技术。阐述了激光主动成像技术的工作原理,以及在高散射性介质环境中散射介质的散射作用对于成像质量的影响,详细阐述了目前降低散射光影响的主要成像方法,分析了各成像方法的特点及应用领域,展望了高散射性介质环境中激光主动成像技术的发展趋势。     

基于DenseNet的散射成像景深拓展研究

散射现象广泛存在于自然界中。透过散射介质的大景深成像在计算成像领域具有重要的意义和应用价值。近年来,随着深度学习在计算成像领域的广泛应用,散射成像系统中的景深问题亟待进一步研究和拓展。以DenseNet为基础,结合UNet框架,建立了一个具有良好迁移性和景深拓展能力的深度卷积神经网络模型——DUNet。通过使用透过不同目数毛玻璃的散斑图像对网络进行训练,使成像景深拓展至距焦面50 mm处。初步的小鼠脑片实验结果表明,DUNet模型将有望应用于深层组织断层扫描。     

基于压缩感知的动态散射成像

利用基于压缩感知的成像系统可以透过静态的散射介质获得高质量的重建图像. 但是当散射介质动态变化时, 因为采样所得的测量值受到散射介质衰减系数非线性变化的影响, 重建图像质量会大大下降. 针对上述情况, 本文提出基于压缩感知成像系统的测量值线性拉伸算法, 该算法能够对所得到的非线性测量值进行分析, 根据测量值大小的不同将测量值划分成数个区域并计算补偿系数, 从而根据补偿系数进行测量值线性拉伸变换, 使测量值线性化. 最后再对变换后的测量值进行压缩感知重建计算. 通过理论分析、计算机仿真和实验证明了所提算法能够有效地应对动态的散射介质, 提高基于压缩感知成像系统在透过动态散射介质时的图像重建质量.     

超常规光学透视成像研究进展——散射光成像技术介绍

光学成像是人类获取信息的最重要手段,传统成像方法难以克服光在传播过程中遇到的散射干扰,当天文望远、生物显微、医学成像甚至日常生活观察等众多场合遇到散射影响时无法获得高质量的图像。如何在存在散射影响的情况下实现光学成像是人们长久以来渴望解决的基本光学问题之一。随着科技的发展,对这一问题的研究取得了不少突破。文章对这些突破和进展进行了讨论,并重点介绍了利用光场调控和解卷积成像技术实现透过散射体成像恢复的研究进展。     

基于散斑照明和全息的穿透散射介质成像

目前,穿透散射介质的成像技术因其在生物医学成像和安防领域的巨大应用价值而受到广泛关注。虽然存在不同穿透散射介质的成像技术,但实现实时成像依然存在问题。提出了一种结合散斑照明、傅里叶全息成像和浴帘效应的快速穿透散射介质成像方法。该方法对单幅原始散斑图像进行一次傅里叶变换运算就可以恢复隐藏物体的信息,简单的图像处理过程使得系统具备实时成像的能力。从理论和实验上,对该方法的非侵入、实时成像能力进行了验证,成功地对隐藏在散射体之间的物体进行了探测,并实现了实时成像。另外,也给出了物体尺寸的计算公式。该方法有利于推动对抗散射成像技术的实用化。     

基于散斑照明和全息的穿透散射介质成像EI北大核心CSCD

目前,穿透散射介质的成像技术因其在生物医学成像和安防领域的巨大应用价值而受到广泛关注。虽然存在不同穿透散射介质的成像技术,但实现实时成像依然存在问题。提出了一种结合散斑照明、傅里叶全息成像和浴帘效应的快速穿透散射介质成像方法。该方法对单幅原始散斑图像进行一次傅里叶变换运算就可以恢复隐藏物体的信息,简单的图像处理过程使得系统具备实时成像的能力。从理论和实验上,对该方法的非侵入、实时成像能力进行了验证,成功地对隐藏在散射体之间的物体进行了探测,并实现了实时成像。另外,也给出了物体尺寸的计算公式。该方法有利于推动对抗散射成像技术的实用化。     

基于赝热光照明的单发光学散斑成像

散射介质对光的散射是当前限制光学成像深度或距离的一个严重的问题.本文首先数值模拟比较了光透过随机散射介质成像研究中常用的基于光学记忆效应(memory effect, ME)和自相关(autocorrelation, AC)方法的HIOER算法和乒乓(Ping-Pang, PP)算法的优缺点.通过对HIOER算法和PP算法的恢复效果和迭代次数进行比较,发现PP算法在保持较高恢复效果的前提下拥有更快的运行速度.实验中,利用连续HeNe激光器和旋转毛玻璃产生赝热光源,通过物镜对随机散射介质后数毫米距离内的不同形状物体进行了单帧成像,并采用PP算法成功地恢复出微米量级物体的实际图像.这一研究结果将进一步促进ME和AC方法在深层生物组织医学成像研究上的应用.最后,实验研究了不同的物镜和散射介质的间距对成像恢复的放大率、分辨率和图像强度的影响特性,并进行了详细研究.     

强散射体内部目标的实时高分辨率成像方法

由于强散射介质的散射作用,使得传统光学成像系统难以有效探测其内部目标。针对这一难点,提出了一种对强散射介质内部目标进行高分辨率实时成像的方法。基于强散射介质波前校正原理,采用汇聚照明方式,通过纯相位型空间光调制器,对散射介质表面点目标进行校正,使其清晰成像。在此基础上,保持调制图样不变,将汇聚照明改为扩展照明,即可实现对校正点附近较大视场和景深范围内目标的实时清晰成像。基于此方法搭建的实验系统很好地实现了强散射介质内部目标的实时成像,通过比较传统光学系统在无散射介质条件下和散射成像系统在有强散射介质条件下的成像质量,结果表明,散射成像系统具有更高的成像锐度。     

基于投影仪的“街角成像”和穿透散射介质成像

散射介质对传统成像的影响非常大,散射严重时甚至使传统成像方式完全失效。如何在存在散射介质的情况下得到高分辨率的图像是人们一直关注的技术。将投影仪应用于关联成像(GI),可以在实验室内实现"街角成像",即利用墙面的漫反射对墙角另一侧无法直接成像的物体进行成像,并在此基础上实现了对隐藏在散射介质后的物体进行成像。该成像方案省去了传统关联成像系统中的参考臂的测量,使用一个无空间分辨能力的桶探测器即可实现。对比实验结果与传统方式得到的结果并分析实验的分辨率以及影响因素,证明了使用投影仪等普通光源在存在散射介质的情况下成像的可行性。     

基于数字微镜器件超像素法实现散射介质传输矩阵的自参考干涉测量

散射介质的传输矩阵系统描述了散射介质对输入与输出光场之间的变换关系,是研究与控制光在无序介质中传输特性的重要工具.本文使用数字微镜器件实现散射介质传输矩阵的自参考干涉测量,首先利用超像素法实现对入射光的复振幅调制获得同时包含参考光和信号光的复合场,进而基于四步相移法分别测量了散射介质在Hadamard基和轨道角动量(OAM)基下的传输矩阵.进一步,根据相位共轭原理实现了光透过散射介质后的单点聚焦、多点聚焦以及涡旋聚焦,验证了传输矩阵测量的准确性.该方法能够有效提高光场调制的自由度,实现散射介质传输矩阵的测量,对散射环境下的光学成像和光通信等具有潜在应用价值.     

散射透镜的成像原理及应用

克服散射影响的成像恢复是光学领域最重要的研究课题之一.散射介质在某些情况下具有类似透镜的成像特性,被称为散射透镜.利用该特性,多种新型的成像技术被提出并有效应用到复杂环境下的成像恢复.本文介绍了常规透镜与散射透镜在物理结构、数学描述和成像特性上的异同,着重展示了利用散射透镜特性的实验设计思路、方法和前沿研究的进展.力图在散射成像领域建立从教科书到科研前沿的联系,以此来激发学生的创新思维,提高学生的动手能力.     

超宽频带THz脉冲在随机散射介质中传播的理论研究

研究了超宽频带THz脉冲入射到散射介质中时其透射脉冲的时空特性.根据Mie理论计算出随机散射介质的散射系数和各向异性因子,用时间分辨Monte Carlo方法模拟了超宽频带的THz脉冲在随机散射介质中的传播,研究了在不同散射颗粒半径,不同频宽的THz入射脉冲对透射脉冲的影响和散射对成像分辨率的影响.结果表明:散射会降低THz脉冲在随机散射介质中的成像分辨率,散射颗粒越小,散射介质越厚,其成像分辨率越差.