近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所信息光學(xué)與光電技術(shù)實(shí)驗(yàn)室提出一種基于深度學(xué)習(xí)的方法，實(shí)現(xiàn)了在非相干照明條件下透過(guò)動(dòng)態(tài)的厚散射體成像，相關(guān)成果發(fā)表在[Photonics Research, 9(5), B220, 2021]。

當(dāng)光在渾濁介質(zhì)內(nèi)傳播時(shí)，會(huì)發(fā)生多次散射，影響到圖像的形成。如何在強(qiáng)散射環(huán)境中實(shí)現(xiàn)成像是光學(xué)成像技術(shù)所面臨的難題之一。已有方法大多依賴散射過(guò)程的確定性和散射光場(chǎng)所保留的一點(diǎn)相干性來(lái)提取物體圖像信息。但是，光在動(dòng)態(tài)渾濁介質(zhì)中的散射過(guò)程不再滿足確定性；而隨著介質(zhì)光學(xué)厚度的增加，散射光場(chǎng)的相干性也將完全退化。如何在這種極端散射環(huán)境中實(shí)現(xiàn)成像是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

該研究團(tuán)隊(duì)演示了透過(guò)一個(gè)邊長(zhǎng)為33.6cm的玻璃缸盛滿脂肪乳懸濁液（圖1左）實(shí)現(xiàn)成像。為定量評(píng)估，他們先以波長(zhǎng)為532納米的激光作為照明光源，實(shí)驗(yàn)測(cè)量了不同濃度混濁懸浮液的光學(xué)厚度和退相關(guān)時(shí)間的關(guān)系，并確定了當(dāng)光學(xué)厚度為16時(shí)，退相干時(shí)間短至0.1毫秒以下。在驗(yàn)證成像實(shí)驗(yàn)方法時(shí)，他們采用中心波長(zhǎng)為532納米的LED作為光源。物光經(jīng)過(guò)脂肪乳懸濁液的散射后，最終被另一側(cè)的相機(jī)接收。他們還在側(cè)面引入了高功率環(huán)境光形成強(qiáng)干擾噪聲，使得探測(cè)信干比低至-17dB。此時(shí)，相機(jī)直接探測(cè)到的散射圖中已無(wú)法直接分辨目標(biāo)圖像。采用他們提出的基于深度學(xué)習(xí)的方法，能夠直接從單幀散射圖中重建出高質(zhì)量的目標(biāo)圖像。非數(shù)字目標(biāo)(圖1右)和自然場(chǎng)景(圖2)結(jié)果證明了該技術(shù)的泛化性和有效性。可以預(yù)見(jiàn)，該方法在廣泛的散射環(huán)境中具有重要的應(yīng)用潛力。

圖1.實(shí)驗(yàn)裝置圖（左）；手寫數(shù)字訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)對(duì)非數(shù)字物體的重建結(jié)果（右）：(a)第1、3行是真實(shí)物體，第2、4行是對(duì)應(yīng)的重建結(jié)果；(b)分辨率板的局部重建結(jié)果。 

圖2.自然場(chǎng)景物體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(a) 散射圖像，(b)真實(shí)物體，(c)重建結(jié)果。

該項(xiàng)工作得到了中國(guó)科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃，中德中心“中德合作小組”和國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目的支持。

原文鏈接：https://www.osapublishing.org/prj/fulltext.cfm?uri=prj-9-5-B220&id=450359