基于散斑相关性的穿越散射介质成像和追踪技术研究

发布时间：2021-11-01 15:05

　　光学成像技术是一种重要的记录信息的方式,在人类发展历史中起着极其重要的作用。在日常生活中存在着各种各样的散射介质,如:雾霾、生物组织、浑浊液体等。由于散射介质中折射率分布的不均匀性,造成光线在经过散射介质时会发生散射现象。散射光之间的干涉作用会在散射介质后形成一系列的散斑。人们无法从这些散斑中直接观测出物体原有信息。研究如何透过散射介质获取物体信息就变得尤为重要。物体信息主要包含:物体的形状信息和物体的运动状态。这分别对应于,穿越散射介质的成像技术和穿越散射介质的追踪技术。近些年,常用波前整形技术、传输矩阵测量技术、机器学习技术、鬼成像技术等手段解决穿越散射介质成像问题。其中波前整形技术和传输矩阵需要对散射介质提前测量;机器学技术需要用已知的输入输出训练网络;鬼成像技术则要求已知照明光的场分布。这些都限制了它们在实际中的使用。激光雷达技术常用于对拐角散射介质后运动物体的追踪,其存在需要对拐角面提前标定以及相关设备昂贵等缺点。角记忆效应是在1988年提出的一种针对散斑的光学效应。该效应表明,当入射光线在角记忆效应范围内偏转时,出射的散斑图案彼此之间具有很强的相关性。近些年,研究人员展示了... 

【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：128 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１光脉冲穿越散射介质后分别产生弹道光子（Ｂａｌｌｉｓｔｉｃ）、蛇形光子（Ｓｎａｋｅ）、散射光??子（Ｄｉｆｆｌｉｓｉｖｅ）示意图［１］??

的初始图像。这个方法主要针对的是天??文观测中，云层、大气等弱散射对成像质量带来的问题；其精度普遍要求不高。??由于该方法主要针对的是弱散射介质，因此该方法在强散射介质方面的表现不尽??如人意。??ｒａｎｄｏｍ?Ｕ?ｆｏｃｕｓｅｄ??ｄ?ｐｌａｎｅ?ｓｐｅｃｋｌｅ?ｗ?ｓｈａｐｅｄ?ｌｉｇｈｔ?＾??ｋ?ＷＡ?：；；?＼｜??＿?嚷，■?Ｉ??ｓｔｒｏｎｇｌｙ?／?ｓｔｒｏｎｇｌｙ?？??ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ?ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ??ｓａｍｐｌｅ?ｓａｍｐｌｅ??图１．２波前整形技术示意图；（ａ），平面光照射到散射介质后的示意图；（ｂ），经空间光调??制器调制后的光照射到散射介质后的示意图。Ａ??波前整形技术是近些年兴起的一种针对散射介质的成像和聚焦的技术。它的??思想最开始可以追溯到上个世纪９０年代，由Ｆｉｎｋ提出了?“时间反演法”?［６２］的概??念；在这个工作中，经散射介质散射后的声波通过反演镜在声波最初的位置完成??再汇聚。后来，Ｖｅｌｌｋ〇〇Ｐ［２１将这种反演的思想引入到光波中，提出了波前整形技??术。该技术是将入射光照射到空间光调制器（Ｓｐａｔｉａｌ?Ｌｉｇｈｔ?Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ，?ＳＬＭ）上，调??制后的光穿越散射介质后被相机拍摄；然后由相机拍摄的光斑作为反馈信息对空??间光调制器进行调整。经过优化后的迭代算法可以使得光经过散射介质后汇聚到??一点。其实验示意图如图１．２所示。而后，在２０１０年，Ｖｅｌｌｋｏｏｐ在该技术的基础??４??

??山东大学博士学位论文??￣￣：ｒｉ?麵??Ｊ?？一＿＿丨丨丨」ＢａＥＨＢｒＢ??｜｜?１?１??Ａ?ＷＳ??己?〇Ｕ??§?ｉ??ｐ?＇Ｉ?＇—［??８?〇Ｌ＾ＢＢｐ??＜ｄ＞?ＩＳＢ＾Ｂ??〇卜丨＿丨＿?＿＿＿?＿?ｇ」ＢＲＳ＾Ｏｎ＾ｎ??ＰＩＸＥＬＳ??图１．４角记忆效应示意图ｍｉ??利用散斑的相关性进行成像的技术，最初在２０１２年由Ｂｅｒｔｏｌｏｔｔｉ研究组提出??［７２］。该技术的原理可以追溯到１９８８年，Ｉ．?Ｆｒｅｕｎｄｍ］提出了散射介质中存在的角??度记忆效应。该效应可以用图１．４进行描述。当一束激光入射到散射介质上，在??其后会产生一副散斑图案；这篇文章的研宄内容表明，当从同一点入射的光线的??入射角发生微小偏移时，散斑也会跟随入射光的偏移而移动。即，在一个角度内??入射的两束光线产生的散斑之间具有很强的相关性。这种效应被称作光学角度记??忆效应，在本篇论文中也称为角度记忆效应。这里的这个角度范围被称作角度记??忆效应范围。??７??

【参考文献】：
博士论文
[1]基于散斑相关性的散射介质后成像研究[D]. 周美玲.中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所) 2019



本文编号：3470320