散射透镜的成像原理及应用

谢向生,魏 洁,梁浩文,刘忆琨,周建英

(1.汕头大学 物理系，广东 汕头515063；2.中山大学 物理学院，广东 广州 510275)

1 散斑相关成像发展概况

当光束通过非均匀介质后，光场的振幅和相位(波前)空间分布被打乱，导致光的传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射. 光所通过的非均匀介质统称为散射介质，散射介质在日常生活中很常见，例如雨雪雾霾、生物组织、毛玻璃，甚至1张白纸都可以被看作散射介质. 当散射介质复杂度增加时，其透射光线的空间分布、偏振状态以及频率都会发生改变. 散射现象的存在会使物场发出的同源光束无法重新会聚，干扰成像过程，降低图像的信噪比，因此大多数情况下，光的散射被认为是图像产生噪声的主要原因之一，极大地影响了物体的成像质量，需要被滤除. 由于大多数场景均存在散射介质，克服散射影响的成像恢复在日常生活、科研、安保和军事中均有广泛的应用需求.

随着研究的深入，研究人员发现，虽然散射介质会干扰光场，但散射介质在一定条件下呈现类似透镜的物理特性，因此，称之为散射透镜. 虽然透射光场形成空间“混乱无章”的散斑或“均匀”的背景，但仍然携带物场的本源信息，通过先进成像技术，例如计算成像技术(Computational imaging technology，CIT)[1]，可将其用于成像恢复. 有别于传统光学成像的“所见即所得”，计算成像技术是充分利用信息获取和计算处理的成像方式. 随着新型传感器性能的多样化、计算机计算能力的提升……