研究人员设法在有限的记忆效应下扩展散斑相关成像的视野

试图透过雾霾和大雾等散射介质进行透视往往会伴随着我们日常生活中的失望甚至困难——如果您曾经在多云的早晨体验过日出之旅，或者在浓雾中驾驶手掌出汗的话。对于光学和光子学的研究人员来说，透过散射介质观察也是广泛应用场景中的一项长期挑战，例如通过生物组织进行显微镜成像和通过大气湍流进行望远镜观察。

为了应对这一挑战，散斑相关成像已被开发为一种具有非侵入性和最小光学设置的新兴技术，尽管它们具有通过强散射介质成像的能力，但它们优于波前整形和传输矩阵等既定方法。

然而，散斑相关成像并不总是实用的。它的工作前提是一种称为记忆效应的物理特性——假设散射过程中散斑图案的位移不变性，众所周知，当介质很厚时，这种特性会受到严重限制。

最近，来自东京大学和大阪大学的研究人员已经为散斑相关成像找到了一种很有前景的解决方案，可以在有限的记忆效应下正常工作。他们于9月30日在智能计算上发表了他们的研究。

研究人员指出：“散斑相关成像的一个问题是，当散射介质很厚时，由于记忆效应的范围有限，视野很小。”

为了克服瓶颈，他们提出了一种扩展单次散斑相关成像视野的方法。研究人员解释说：“所提出的方法考虑了在有限记忆效应下散斑相关性的衰减，并推断了重建过程中的相关性。”

“我们的方法基于梯度下降法同时估计物体和散斑相关性的衰减。”

然后在数值和实验上证明了所提出的方法，在重建过程中应用了所提出的算法(考虑了衰减函数)和传统的算法(没有考虑了衰减函数)，以供比较参考。

在实验中，研究人员使用最小的光学装置重建了散射介质后面的点源，没有任何成像光学元件：从左到右，有非相干光、带通滤光片、漫射器、物体(一块铝箔，有15孔)被漫射光照亮，另一个漫射器和一个图像传感器捕获穿过物体的光。

研究人员分别对比分析了本文算法和传统算法得到的重建图像，发现与传统算法相比，本文算法恢复了更大的视场，其估计的衰减参数与实际测量值一致。

研究人员总结说：“这一结果通过推断有限的自相关，验证了我们的散斑相关成像概念与扩展视野。”

据研究人员称，这种提议的方法很容易适用于传统的散斑相关成像方法，无需任何光学修改。此外，这种单次散斑相关成像方法还可以扩展到多维散斑相关成像，因此将有助于生物医学、天文学和安全等各个领域的成像应用。