散射成像技术的研究及其应用

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由于强散射介质的散射作用,使得传统光学成像系统难以有效探测其内部目标。针对这一难点,本文中提出了一种基于波前校正原理对强散射介质内部目标进行高分辨率实时成像的方法。相比于现有的探测方法,或者依赖于复杂耗时的恢复算法需要后期图像的离线重构;或者需要有目标的先验知识,普适性较低,本方法只需通过改变照明方式即可对散射介质的内部目标实现实时高分率无损成像,操作简单方便且更贴近于实际应用。本文研究内容主要从空间光调制器、点光源成像和散射介质内部目标成像三个方面展开。首先,由于实验中使用空间光调制器对波面进行校正,为了对其有更深入了解,在介绍空间光调制器的概念、分类及应用之后,从双折射现象和液晶的电控双折射效应对扭曲向列型空间光调制器的相位调制特性进行了分析,并结合泰曼格林干涉实验,分析调制图像灰度与条纹移动量的关系,绘制相应的相移曲线。其次,通过点光源经过散射介质后成像恢复实验加深对波前校正技术的了解。详细分析了波前校正技术的原理,并搭建相应的实验对该技术的正确性进行验证。在相位优化算法方面主要介绍了相位测量法和局部匹配追踪法,并详细阐述了相位校正过程中控制软件的设计思路。实验结果说明了波前校正技术的可行性,为最终新探测方法的实现做了充分的理论和实践准备。最后提出对散射介质内部目标实现高分辨率实时探测的新方法。该方法主要基于波前校正技术,利用光学记忆效应,将点成像扩展为一定范围内的区域成像,从而实现实时成像,避免了后期图像的离线重构;而且该方法不需要预先置入点光源或对待测目标有先验了解,只需要改变照明方式,将汇聚照明改为扩展照明即可实现探测,具有很强的实用性。并通过实验验证了该方法的有效性,此外,对成像结果分析发现,经过波前校正技术后的成像质量要优于传统光学系统的成效质量。
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