研究人员设法在有限的记忆效应下扩展散斑相关成像的视野

对于光学和光子学的研究人员来说，穿透散射介质是一个长期的挑战，在广泛的应用场景中，如通过生物组织的显微镜成像和通过大气湍流的望远镜观测。为了应对这一挑战，散斑相关成像已经发展成为一种新兴技术，但它并不总是实用的。最近，东京大学和大阪大学的研究人员研究出了一种有前景的解决方案，使散斑相关成像在有限的记忆效应下正常工作。9月30日，他们在《智能计算》杂志上发表了他们的研究。

　　

在我们的日常生活中，如果你曾经历过在一个多云的早晨看日出或在浓雾中手心冒汗的驾驶，就会发现，试图透过雾霾等分散的媒介看东西往往伴随着失望甚至困难。对于光学和光子学的研究人员来说，在广泛的应用场景中，穿透散射介质也是一个长期的挑战，如通过生物组织的显微镜成像和通过大气湍流的望远镜观测。

为了应对这一挑战，散斑相关成像已经发展成为一种新兴技术，具有无创性质和最小的光学设置，这比波前整形和传输矩阵等已有的方法有优势，尽管它们能够通过强散射介质成像。

然而，散斑相关成像并不总是实用的。它的工作前提是一种称为记忆效应的物理特性——在散射过程中假设散斑图案的位移不变性，众所周知，当介质较厚时，这一特性受到严重限制。

最近，东京大学和大阪大学的研究人员研究出了一种有前景的解决方案，使散斑相关成像在有限的记忆效应下正常工作。9月30日，他们在《智能计算》杂志上发表了他们的研究。

研究人员指出:“当散射介质很厚时，由于记忆效应的范围有限，散斑相关成像的一个问题是视野小。”

为了克服这一瓶颈，他们提出了一种扩展单发散斑相关成像视场的方法。研究人员解释说:“提出的方法考虑了在有限的记忆效应下散斑相关的衰减，并在重建过程中推断相关。”“我们的方法同时估计对象和基于梯度下降方法的散斑相关的衰减。”

在此基础上，对所提方法进行了数值和实验验证，并将所提算法(考虑了衰减函数)与传统算法(不考虑衰减函数)在重建过程中的应用进行了比较。

在实验中，研究人员使用最小的光学设置重建了散射介质后面的点源，没有任何成像光学:从左到右，有非相干光，一个带通滤波器，一个扩散器，一个被漫射光照亮的物体(一块有15个孔的铝箔)，另一个扩散器，和一个捕捉穿过物体的光的图像传感器。

通过对比分析本文算法和传统算法得到的重建图像，发现本文算法比传统算法恢复了更大的视场，其估计衰减参数与实测衰减参数一致。

研究人员总结道:“通过推断有限的自相关，这个结果验证了我们在扩展视场下的散斑相关成像的概念。”

根据研究人员的说法，这种提出的方法很容易适用于传统的散斑相关成像方法，无需任何光学修改。此外，这种单发散斑相关成像方法也可扩展到多维散斑相关成像，从而有助于在生物医学、天文学和安全等各个领域的成像应用。

本研究得到了日本科学促进会KAKENHI资助号:JP20H02657、JP20K05361和JP20H05890。