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近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所空天激光技術(shù)與系統(tǒng)部劉紅林副研究員團(tuán)隊(duì)在光學(xué)散射成像機(jī)理研究中取得進(jìn)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(guò)云霧光學(xué)遙感、生物光子學(xué)、水下探測(cè)等領(lǐng)域有重要應(yīng)用前景。目前，光學(xué)相位共軛、波前整形等主流成像技術(shù)都是基于探測(cè)到的所有光進(jìn)行成像，并不區(qū)分不同成分的作用，對(duì)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(yīng)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(jiǎn)單，且只從散射成分提取信息。

研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種雙層散射介質(zhì)模型，通過(guò)控制每層毛玻璃上彈道殘余的比例，實(shí)現(xiàn)了不同散射成分占比的定量控制，基于實(shí)驗(yàn)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(yīng)范圍的差異，導(dǎo)致它們攜帶的信息被提取的效率上存在顯著不同。實(shí)驗(yàn)表明，散斑自相關(guān)可以分別或同時(shí)從單次、兩次散射光提取信息，取決于目標(biāo)尺寸是否在個(gè)散射成分的光學(xué)記憶效應(yīng)范圍內(nèi)，即便目標(biāo)尺寸超出散射介質(zhì)（各成分的綜合）的記憶效應(yīng)范圍時(shí)，散斑自相關(guān)成像仍能從單次散射成分提取信息實(shí)現(xiàn)圖像重建，顛覆了傳統(tǒng)認(rèn)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(guò)精確控制散射介質(zhì)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了不同散射分量對(duì)成像貢獻(xiàn)的定量分析。這為更有效利用散射光開(kāi)發(fā)新型厚散射介質(zhì)成像技術(shù)提供了重要理論指導(dǎo)。

相關(guān)工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃支持。

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圖 1實(shí)驗(yàn)原理示意圖。（a）實(shí)驗(yàn)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(guò)每片毛玻璃時(shí)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。