圖 1實驗原理示意圖。(a)實驗系統(tǒng)排布，散射介質(zhì)由兩片毛玻璃組成，層間距可以調(diào)節(jié)，光透過每片毛玻璃時的彈道殘余也可控。(b)毛玻璃的彈道殘余不同的情況下，散斑自相關(guān)處理得到的曲線。

近期，中國科學院上海光學精密機械研究所空天激光技術(shù)與系統(tǒng)部劉紅林副研究員團隊在光學散射成像機理研究中取得進展。相關(guān)研究成果以"Effects of Different Scattering Components in Speckle Autocorrelation Imaging"為題發(fā)表于Optics Letters。

散射成像在透過云霧光學遙感、生物光子學、水下探測等領域有重要應用前景。目前，光學相位共軛、波前整形等主流成像技術(shù)都是基于探測到的所有光進行成像，并不區(qū)分不同成分的作用，對各成分傳遞信息的方式、效率以及從不同成分提取信息重建圖像的能力差異并不清楚。隨著散射介質(zhì)厚度增加，圖像質(zhì)量急劇下降，厚度瓶頸一直困擾著散射成像，限制了其應用。散斑自相關(guān)成像作為一種非接觸、單次曝光的散射成像技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡單，且只從散射成分提取信息。

研究團隊設計了一種雙層散射介質(zhì)模型，通過控制每層毛玻璃上彈道殘余的比例，實現(xiàn)了不同散射成分占比的定量控制，基于實驗和模擬結(jié)果首次揭示了單次散射和兩次散射光在信息傳輸和圖像重建技術(shù)從不同散射成分提取信息上的差異。研究發(fā)現(xiàn)，雖然單次散射和多次散射光都能傳輸信息，但由于記憶效應范圍的差異，導致它們攜帶的信息被提取的效率上存在顯著不同。實驗表明，散斑自相關(guān)可以分別或同時從單次、兩次散射光提取信息，取決于目標尺寸是否在個散射成分的光學記憶效應范圍內(nèi)，即便目標尺寸超出散射介質(zhì)(各成分的綜合)的記憶效應范圍時，散斑自相關(guān)成像仍能從單次散射成分提取信息實現(xiàn)圖像重建，顛覆了傳統(tǒng)認知。該研究創(chuàng)新性地提出了散射分量調(diào)控分離方法，通過精確控制散射介質(zhì)參數(shù)，實現(xiàn)了不同散射分量對成像貢獻的定量分析。這為更有效利用散射光開發(fā)新型厚散射介質(zhì)成像技術(shù)提供了重要理論指導。

相關(guān)工作得到了國家重點研發(fā)計劃支持。

審核編輯 黃宇