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散射介質(zhì)成像方法介紹

發(fā)布時(shí)間:2020-07-23 13:35:46 瀏覽量:8505

摘要

當(dāng)激光照射到光學(xué)粗糙表面或者當(dāng)激光穿過(guò)散射體或具有懸浮顆粒的空間時(shí),由于光波相干疊加,形成的反射光場(chǎng)具有隨機(jī)的空間光強(qiáng)分

布,稱為激光散斑效應(yīng).散斑的產(chǎn)生就是因?yàn)樯⑸浣橘|(zhì)的散射冲秽,所謂的散射就是光在傳播時(shí)因受到傳播介質(zhì)中分子或原子的作用而改變

其光強(qiáng)的空間分布舍咖、偏振狀態(tài)或頻率的現(xiàn)象。在我們的日常生活中锉桑,散射現(xiàn)象無(wú)處不在排霉,給人們的生活造成了諸多的不便。霧霾導(dǎo)致車

禍?zhǔn)鹿实念l發(fā)民轴,航班延誤等攻柠;生物組織的散射導(dǎo)致顯微鏡無(wú)法觀測(cè)深層的組織結(jié)構(gòu);火災(zāi)引起的濃煙導(dǎo)致救援工作無(wú)法順利進(jìn)行后裸。


正文


當(dāng)激光照射到光學(xué)粗糙表面或者當(dāng)激光穿過(guò)散射體或具有懸浮顆粒的空間時(shí),由于光波相干疊加,形成的反射光場(chǎng)具有隨機(jī)的空間光強(qiáng)分

布,稱為激光散斑效應(yīng).散斑的產(chǎn)生就是因?yàn)樯⑸浣橘|(zhì)的散射微驶,所謂的散射就是光在傳播時(shí)因受到傳播介質(zhì)中分子或原子的作用而改變

其光強(qiáng)的空間分布浪谴、偏振狀態(tài)或頻率的現(xiàn)象。散射介質(zhì)成像的研究對(duì)人們的生活和社會(huì)的進(jìn)步都有重要的意義因苹。


目前比較流行的散射介質(zhì)成像方法歸結(jié)如下:

- 自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)

- 光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)

- 波前校正技術(shù)

- 計(jì)算鬼成像技術(shù)

- 時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)

- 渾濁透鏡成像技術(shù)

- 激光散斑掃描技術(shù)


1苟耻、自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)

   大氣的抖動(dòng)會(huì)使光波波前發(fā)生畸變,而自適應(yīng)光學(xué)(adaptive optics)正是通過(guò)對(duì)這些畸變進(jìn)行校正提高系統(tǒng)的成像質(zhì)量扶檐。由于大

氣湍流以及溫度變化都會(huì)導(dǎo)致空氣中折射率的變化凶杖,正是這些變化導(dǎo)致了待觀測(cè)物體發(fā)出或者反射的光波面發(fā)生扭曲,這樣一來(lái)將會(huì)使

得傳統(tǒng)的成像系統(tǒng)成像質(zhì)量和圖像分辨率下降款筑。


   自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)可以在一定程度上對(duì)這些扭曲的波面進(jìn)行校正智蝠,該技術(shù)通過(guò)對(duì)這些波面的實(shí)時(shí)測(cè)量、控制和校正醋虏,使得整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)

可以自動(dòng)的適應(yīng)外界條件的變化寻咒,避免了波面扭曲對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)的干擾哮翘,整個(gè)系統(tǒng)可以始終保持良好的工作狀態(tài)颈嚼。


   上海昊量光電設(shè)備有限公司可提供各種類型的變形鏡波前傳感器自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)饭寺。


2阻课、光學(xué)相干斷層掃描(OCT)技術(shù)

   光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)即OCT(Optical coherence Tomography)技術(shù),該技術(shù)是一種新型的無(wú)接觸艰匙、無(wú)創(chuàng)的光學(xué)診斷技術(shù)限煞。

   OCT技術(shù)的基本原理是:寬帶光源發(fā)出低相干光,經(jīng)過(guò)光纖耦合器將相干光一分為二员凝。一束做為參考光署驻,該光經(jīng)參考臂直接照射在反

光鏡上面反射;另一束光做為信號(hào)光,該光線經(jīng)過(guò)樣品臂照射到樣品上反射旺上。兩束反射光在光纖耦合器處重新匯合瓶蚂,進(jìn)行相干疊加。相

干疊加的光信號(hào)經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的處理宣吱,我們就可以得到物體的斷層圖像窃这。光學(xué)相干斷層掃描(OCT)技術(shù)具有成像速度快、分辨率高征候、

無(wú)損傷等優(yōu)點(diǎn)杭攻。


   上海昊量光電設(shè)備有限公司提供低成本,便攜式疤坝,及中紅外波段的光學(xué)斷層相干成像系統(tǒng)(OCT)兆解。

  

3、計(jì)算鬼成像技術(shù)

   鬼成像技術(shù)都是利用空間分離的經(jīng)物體衍射后的光與自由傳播的光進(jìn)行強(qiáng)度關(guān)聯(lián)成像跑揉。鬼成像技術(shù)的基本原理為:一束光經(jīng)過(guò)物體衍

射后照射到?jīng)]有空間分辨率的筒狀探測(cè)器內(nèi),另一束參考光則不經(jīng)過(guò)物體,進(jìn)入高空間分辨率的ccd,作為參考光得到空間分布痪宰。當(dāng)兩束光

被收集以后,通過(guò)對(duì)這兩束光的強(qiáng)度值進(jìn)行一個(gè)關(guān)聯(lián)計(jì)算就可以恢復(fù)出待測(cè)物體的信息畔裕。


   計(jì)算鬼成像技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的鬼成像衣撬,引入了可以產(chǎn)生隨機(jī)強(qiáng)度分布的DMD(數(shù)字微反射鏡),從而不再需要參考光路扮饶,只需要用

一個(gè)單像素相機(jī)就可以完成測(cè)量具练。DMD或者振幅型LCOS為壓縮感知的鬼成像(compressive ghost imaging)的核心器件。


4甜无、時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)

   時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)(Time Reversal)是由聲學(xué)領(lǐng)域發(fā)展而來(lái)的一種新型的成像技術(shù)扛点。其基本原理為:用一臺(tái)換能器將接收到的聲音信號(hào)

轉(zhuǎn)化為電信號(hào),然后對(duì)這個(gè)電信號(hào)進(jìn)行混頻處理岂丘,可以得到一個(gè)時(shí)反信號(hào)陵究,最后對(duì)該信號(hào)用換能器向外發(fā)射,實(shí)現(xiàn)原始信號(hào)的共軛奥帘,同

時(shí)在目標(biāo)方位上完成空間聚焦铜邮。


   在2008年,國(guó)外的團(tuán)隊(duì)使用鈮酸鋰晶體(LiNbO3)進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)寨蹋。首先他們利用鈮酸鋰晶體(LiNbO3)將散射光場(chǎng)中的相位

分布記錄下來(lái)松蒜,并以此重構(gòu)出了共軛的參考光束,之后將光束反轉(zhuǎn)以后通過(guò)散射介質(zhì)已旧,通過(guò)這樣的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)原始入射光線的追擊秸苗,并

且重構(gòu)出了原始光場(chǎng),成功的獲得了清晰圖像运褪。

 

5惊楼、波前校正技術(shù)

   純相位的液晶空間光調(diào)制(LC-SLM玖瘸,Spatial light modulator)可以將入射的光波分成非常多的小區(qū)域,每個(gè)區(qū)域的相位可以單

獨(dú)的調(diào)制檀咙。通過(guò)調(diào)制相位使得出射光在特定的點(diǎn)上發(fā)生干涉效應(yīng)店读,最后使得控制點(diǎn)的光強(qiáng)值達(dá)到最大。這樣就完成了對(duì)散射介質(zhì)前面點(diǎn)

光源的成像攀芯。


   2012年屯断,國(guó)外的課題組利用波前矯正技術(shù)成功的實(shí)現(xiàn)了清晰的散射介質(zhì)成像。先將待測(cè)物體替換成點(diǎn)光源侣诺,利用空間光調(diào)制器對(duì)點(diǎn)

光源的波前進(jìn)行校正殖演,使散射光場(chǎng)能恢復(fù)點(diǎn)光源的像,獲得所需要的波前校正相位陣列年鸳,接著換回待測(cè)物體趴久。利用由于光學(xué)記憶效應(yīng),

得到了待測(cè)物體的清晰成像搔确。


6彼棍、渾濁透鏡成像技術(shù)

   光波通過(guò)散射介質(zhì)后,原來(lái)的光波序列被打亂膳算,但是大部分信息并沒(méi)有丟失座硕。光波經(jīng)過(guò)散射介質(zhì)的散射作用后高頻信息可以被采集,

光波經(jīng)過(guò)散射介質(zhì)后系統(tǒng)的橫向分辨率得到提高涕蜂。原本成像于CCD靶面之外的物點(diǎn)也因散射介質(zhì)的散射作用的被CCD采集华匾。


   國(guó)外的團(tuán)隊(duì)使用激光在一塊散射介質(zhì)上進(jìn)行逐點(diǎn)高精度角度掃描,同時(shí)配合一臺(tái)高速干涉顯微鏡對(duì)所得的散射圖像逐一保存机隙,再用傳

輸矩陣表征各個(gè)角度的輸入-輸出響應(yīng)蜘拉,之后把物體散斑圖與各個(gè)角度的傳輸矩陣進(jìn)行對(duì)比,通過(guò)計(jì)物體散斑圖和各個(gè)角度傳輸矩陣的

相關(guān)性恢復(fù)出了位于 25um 厚的 ZnO 金屬板后的圖像有鹿,從實(shí)驗(yàn)上對(duì)渾濁透鏡成像計(jì)術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證旭旭。

 

7、激光散斑掃描技術(shù)

   激光散斑掃描技術(shù)的原理是:在散射介質(zhì)前面用激光器以θ角進(jìn)行環(huán)狀高精度掃描葱跋,同時(shí)逐一采集對(duì)應(yīng)的散射圖像持寄,通過(guò)分析這些散

射圖像之間的相關(guān)性,最終通過(guò)迭代算法恢復(fù)出待測(cè)物體的圖像年局。


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