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。散斑自相關成像作為一種非接觸、單次曝光的散射成像技術，結構簡單，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)成像技術提供了重要理論指導。

相關工作得到了國家重點研發(fā)計劃支持。

審核編輯 黃宇