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。     

高分辨率开环液晶自适应光学视网膜成像系统

利用液晶空间光调制器和夏克-哈特曼波前探测器作为核心器件搭建了一套开环双光源液晶自适应光学视网膜成像系统.系统采用人眼屈光0D基准设计并使用动态视标定位人眼,提高了人眼在测试时的稳定性,有效降低了由不同人眼个体差异带来的影响.通过补偿镜预补偿,配合微调照明光焦面,使照明光聚焦在眼底视觉细胞层,保证了像差探测精度和成像质量.利用人眼的偏振特性,采用偏振光照明的方式,将系统的能量利用率提高了20％.优化了系统的工作流程,优化后系统连续工作频率可超过20 Hz.对4名志愿者进行了实验,均获得了清晰的眼底视网膜细胞图像.     

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。     

散射成像技术的研究进展

散射在光的成像过程中无法避免,传统的光学成像技术很难解决散射引起的光波前畸变及图像失真等问题.近年来,大量的研究成果表明充分利用散射效应的成像技术可以实现透过散射介质或复杂介质成像,且具有超分辨的特性.本文在介绍散射成像基本原理的基础上,重点介绍了透过散射介质成像方法以及相关技术的研究进展,分析了散射成像尚存在的问题,...     

双小凹光学成像系统设计

随着科技发展, 如何解决大视场和高分辨率之间的矛盾成为了众多科技人员的研究重心之一, 本文提出了双小凹成像系统的概念, 在传统仿真人眼的单小凹成像系统的基础上, 通过引入反射式液晶空间光调制器对光学系统进行两个视场内波像差的调制, 改善对应的像差, 从而实现了大视场内低分辨率成像的条件下, 在两个特定的视场内满足高分辨率成像, 因此可解决大视场和高分辨率的矛盾.本文通过设计一个参考波长为587 nm, 视场为60° (即± 30°),F数为F/8, 焦距为60 mm的双小凹光学成像系统, 并利用CODE V软件模拟仿真实现了5°和17°双视场高分辨率成像, 其余视场低分辨率成像, 并以32×32的采样分辨率计算了该系统的衍射效率, 验证了设计方法的科学性和准确性.     

液晶空间光调制器用于波前校正的性能

液晶空间光调制器(Liquid crystal spatial light modulator, LC-SLM)作为新型波前校正器具有驱动单元数目多、驱动电压低、控制灵活、价格低廉等优点.通过对LC-SLM时间-空间特性的研究, 讨论其在天文观测自适应光学系统中应用的可能性和局限性.利用LC-SLM和哈特曼波前传感器构成自适应光学系统, 对低频为主的静态波前像差实现闭环校正.闭环校正后的RMS 值和PV 值由闭环前的0.628λ、2.872λ减小为0.031λ、0.337λ, Strehl 比从0.04提高到近似衍射极限的0.81.利用衍射原理, 对LC-SLM的衍射效率进行了数值计算和实验测量.研究表明, LC-SLM能对大气湍流引入的光波畸变实现高精度校正; 然而响应速度慢、光能利用率低限制了它目前在实际自适应系统中的使用, 不能满足实时校正的要求、以及对微弱目标的应用.     

全反射式高分辨率傅里叶成像光谱仪的研究

提出了一种基于分波前干涉结构的全反射式高分辨率傅里叶变换成像光谱仪。其中前置望远系统及干涉成像系统都采用了反射式光学元件,反射表面镀金属反射膜,使系统可应用与很宽的光谱范围内。分析和讨论了光谱仪的工作原理及光学结构,设计了两种可行的光路结构图,并通过初步实验验证了系统的基本性能。     

被散射介质遮挡目标的相干衍射成像实验

激光照明条件下,可以利用相干衍射成像方法重建被照明物体的清晰图像。按照传统方法,若物体被散射介质遮挡,则需要提前标定或者引入全息实验中使用的参考光才能重建清晰的图像。我们提出了一种线性模型,即使存在散射层的干扰,仍旧能够通过实验获得的功率谱重建被遮挡物体,而无需预先标定。实验结果表明,该方法利用傅立叶变换的精确功率谱图像可以快速收敛至唯一正确的重构解,重建隐藏物体的清晰图像。     

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。     

激光通过不同厚度的强散射介质的聚焦

通常情况下,激光光束经过散射介质后会产生无序的散斑.基于波前相位调制技术,利用连续序列算法结合四步相移法对入射激光的波面进行相位调制,使其通过散射介质在目标位置处形成聚焦.实验着重研究激光经过不同厚度的强散射片样品的聚焦,讨论散射介质的厚度与聚焦点光强增长因子的关系.实验结果表明,透过的散射介质越厚,聚焦光斑尺寸越小,...     

非视域成像中的中介面散射特性与成像仿真

中介面与目标表面光学散射特性对成像结果有直接影响,目前各种非视域成像方法多针对朗伯体中介面进行计算成像,系统结构复杂且成本昂贵。然而,应用场景中的常见材料均为非朗伯体,故基于中介面材料的双向反射分布理论,提出了一种材料散射特性描述方法。通过设置中介面中所包含的不同散射成分,经过大量光线追迹,实现了对非视域目标光强信号的追踪与仿真。仿真成像结果采用标准差进行评价,通过多因素方差分析,定量讨论了不同散射成分组合与非视域成像质量之间的关系。分析结果表明,材料中高斯散射角对非视域成像质量有显著影响。     

散射介质成像中的时间门研究

研究了用蒙特卡罗方法模拟均匀散射介质中含有光学性质不同的小球时,漫反射信号随时间的变化,当小球和激励源的相对位置不同时随时间变化的漫反射曲线也不同,利用这种漫反射信号的差异同时结合时间门技术可以对散射介质中一定浓度的物体成像。结论表明成像对比度与时间门的开始时刻和时间门宽度有直接关系。针对小球投影位置漫反射信号的强和弱,分别用半宽度点和最大强度的80％点作为小球办界位置的判断。     

基于光谱解析方差优化的散射介质内拉曼信号增强技术

生物组织及复杂材料的强光学散射特性导致光子传播路径随机化,严重制约了传统拉曼技术的探测深度与信号对比度。针对这一问题,提出一种基于光谱解析方差优化的波前整形方法,通过构建拉曼光谱与散斑方差相结合的波前反馈机制,实现散射介质内拉曼目标聚焦和微弱信号增强。实验结果表明：该方法可实现单个拉曼粒子的非侵入性聚焦,且拉曼信号增强6倍。这一成果可用于疾病早期诊断与生物标志物检测,同时为在深层生物组织内实现无标记成像提供技术支撑。     

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。     

定量中子数字成像散射校正的蒙特卡罗模拟

 中子数字成像过程中,散射中子可降低像质致使提取样品的定量信息变得困难。针对该情况,分析了中子微光成像系统图像散射降质的原理,采用点扩展函数的叠加来表征散射中子引起图像降质的过程,借助于蒙特卡罗方法（MC）对点扩展函数进行模拟和建模,将点扩展函数描述为样品厚度以及样品到探测器距离为参量的解析函数,研究了点扩展函数的计算方法。研究结果表明,借助于MC方法构建系统的点扩展函数之解析函数,并利用该函数对中子图像进行散射校正,是一种行之有效的定量中子数字成像散射校正方法。     

基于统计平均方法实现透过散射介质全息成像

为了透过散射介质恢复隐藏环境中物体的信息,搭建双光束干涉全息成像系统,通过旋转毛玻璃实现散斑平均,在相机获得干涉散斑图像后,只需要对其进行傅里叶变换即可对隐藏在散射介质后的物体进行信息重建。通过引入第二个静置的散射介质扩展了该方法的应用场景。实验结果表明,毛玻璃旋转速度越快,达到最高峰值信噪比所需要的相机曝光时间越短。该方法利用统计平均和无透镜傅里叶变换数字全息,结构简单、重建速度快,且不需要相位校正和复杂的图像处理、目标扫描、波前整形等。     

透过散射介质对运动物体的成像与追踪

由于散射介质的强散射作用,传统光学成像系统无法对散射介质后的物体进行成像与运动追踪.针对这一问题,提出了一种透过散射介质对运动物体进行追踪与重建的方法.基于散射介质的光学记忆效应理论,通过先验信息解算散射成像系统的点扩展函数,利用点扩展函数的轴向缩放关系确定轴向位移,利用重建物体的互相关确定横向偏移.基于此方法搭建的实...     

空间光调制器扫描接收的距离选通成像激光雷达

激光距离选通的扫描式成像技术具有低成本、能避免多次散射等特点,成像扫描与激光束扫描的同步配合是扫描成像技术的难点.设计了一个基于空间光调制器(SLM)的扫描式距离选通激光雷达系统,保证目标反射光的可靠接收,并在时间上和空间上屏蔽后向散射光.在具有不同衰减长度的光散射环境中对本系统进行了测量,实现二维和三维成像.实验结果...