朱京平 1,2,3邓金鑫 1,2,3李浩翔 1,2,3郭奉奇 1,2,3侯洵 1,2,3
1 西安交通大学 电子与信息学部电子科学与工程学院，西安
2 电子物理与器件教育部重点实验室，西安
3 陕西省信息光子技术重点实验室，西安
在浑浊介质中进行光学成像时，由于受介质吸收与散射影响，目标信号被淹没在背景噪声中，导致图像的清晰度严重下降。利用光的偏振信息可显著提升浑浊介质中目标的探测能力，其中偏振差分作为代表性偏振成像技术，充分挖掘介质光与场景光的偏振特性差异对背向散射噪声实现偏振共模抑制。由于其系统结构简单、可移植性好、适用领域广泛、凸显边缘等优势备受关注。该技术不仅可以作为物理光学成像方法对水下浑浊环境、生物组织、大气雾霾散射环境中目标进行高对比度成像，还可作为光学传感器件抑制杂散光的有效手段，从提出至今已积累了大量优秀的研究成果，从偏振差分成像技术的基本原理出发，根据成像应用场景的不同从两方面介绍了该技术一系列最新的研究进展，并对偏振差分成像未来可能的发展方向进行了展望，期望为该领域的后续研究提供指引。
偏振差分成像 浑浊介质 偏振共模抑制 成像对比度 polarization differential imaging turbid media polarization common-mode suppression imaging contrast
西安建筑科技大学信息与控制工程学院, 陕西 西安 710055
了解偏振光在浑浊介质中运动传输时光学特性的变化规律是对浑浊介质中目标进行偏振成像研究的基础。为此,首先测量了实验所用偏振光的偏振度,并计算了其与理想偏振光偏振度之间的误差,随后利用马尔文粒度仪测量了脂肪乳颗粒的粒径大小及分布情况,在此基础上分析了光子与脂肪乳颗粒的散射类型,最后分别研究了线偏振光和圆偏振光通过不同浓度浑浊介质后产生的前向散射光和后向散射光的退偏情况。结果显示,在相同浓度脂肪乳溶液中产生的前向散射光偏振度比后向散射光偏振度高;前向散射光和后向散射光的偏振度均随脂肪乳溶液浓度的增加不断下降最后趋于稳定。
成像系统 偏振光 浑浊介质 传输特性 激光与光电子学进展
2020, 57(14): 141101
山东理工大学物理与光电工程学院, 山东 淄博 255000
基于HSI(Hue, Saturation and Intensity)颜色空间提出一种快速偏振光学去雾方法。利用HSI颜色空间中强度与颜色无关的优势,在强度通道中利用偏振光学去雾方法进行去雾处理,然后利用颜色恒常性校正方法对图像的颜色畸变进行校正。该技术不仅具有良好的图像细节恢复能力,还有效地提高了偏振光学去雾方法的计算效率。与目前流行的去雾方法进行对比后可知,该技术可以得到更好或者相同的实验效果,但其执行效率更高。所提出的方法在图像实时去雾和视频去雾领域有广阔的应用前景。
成像系统 偏振成像 图像增强 能见度 浑浊介质成像 激光与光电子学进展
2019, 56(14): 141103
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室， 天津 300072
在采用近红外漫反射光谱对浑浊介质中的物质浓度做定量分析时，物质浓度测量的灵敏度与所选的光源-检测器位置有较大的关联。解析了物质浓度测量的灵敏度随光源-检测器距离变化的曲线特点，给出了三个特殊位置：灵敏度全局极大位置、灵敏度为零的位置和灵敏度局部极大的位置。以葡萄糖在某浑浊介质溶液（含血红蛋白、白蛋白的Intralipid溶液）中的测量为例，从扩散方程、蒙特卡罗模拟、漫反射光谱测量实验三方面，均验证了灵敏度曲线中存在的这三个特殊位置。另一方面，考虑到近红外光源的稳定性、铟镓砷检测器的量子效率与系统噪声等因素的限制，采用仪器的信噪比作为另一个客观指标，对实际测量可得到的灵敏度进行了评价。综合灵敏度曲线的特点和仪器的实际测量水平，给出了测量葡萄糖的最佳位置，可实现最优的测量灵敏度与测量精度。采用优化后的测量位置，葡萄糖的测量灵敏度可提高10倍以上。测量葡萄糖灵敏度的研究对人体组织中的无创血糖检测有较好的参考价值，同时，对漫射光谱灵敏度的解析方法可被借鉴于其他物质的近红外漫反射光谱测量位置的优选。
光谱学 红外光谱 浑浊介质 漫反射光谱 测量灵敏度 光源-检测器距离 葡萄糖
1 西北大学物理学院, 陕西 西安 710069
2 陕西科技大学理学院, 陕西 西安 710021
3 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
浑浊介质引起的多光散射会扭曲光波传播，使图像变得模糊。浑浊透镜成像（TLI）则可以重建这种被扭曲的图像。在该方法中，需要提取输光场的复电场（复振幅）信息，以计算浑浊介质的传输矩阵。但是CCD记录的是图像的强度信息，丢失了扭曲光场的相位信息。由于物光经过浑浊介质后变成了强度剧烈变化的散斑图像，直接进行相位解调会产生较大误差。为了消除散斑强度变化的影响，分别记录扭曲光场图像、参考光图像、干涉条纹图像和背景光图像。根据对应关系换算出干涉余弦因子，对余弦因子应用希尔伯特变换进行相位解调就可以比较准确地计算出散斑的相位。通过上述方法成功地计算出扭曲图像的复电场及浑浊介质的传输矩阵。由于对振幅的测量采用直接方法，因而对于散斑干涉条纹来说，该方法的计算结果更加准确。
成像系统 相位解调 希尔伯特变换 浑浊介质成像 光学学报
2015, 35(s1): s111005
1 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津300072
2 河北工业大学电气工程学院电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室, 天津300130
3 天津师范大学电子与通信工程学院, 天津300387
从漫射高光谱中可以获得被测物体成分、 结构及其分布等信息。 采用光纤光谱仪获取漫射高光谱是一种常用的方法。 Monte Carlo方法在研究光在浑浊介质的传播方面得到了广泛的应用。 然而, 使用Monte Carlo方法研究漫射高光谱时, 必须考虑实际的检测条件对信号采集的影响。 将光纤参数引入到Monte Carlo模型中, 研究了光纤参数对被检测光学信号的影响。 仿真结果表明, 孔径角和半径增大, 检测的漫射高光谱随之增大, 而光纤与被测物质表面的距离小于1 mm时对漫射高光谱的影响在一定程度上可以忽略。 进一步研究发现存在固定的修正系数使不同孔径角的光纤所采集的漫射高光谱转化为孔径角为π/2的光纤对应的信号。 同时, 得到了实际光纤孔径角范围内的修正系数拟合曲线。 不同半径的光纤通过面积归一化可以得到很好的一致性。 研究检测光纤参数对漫射高光谱的影响对实际测量有重要的指导意义, 而且不同光纤所对应的检测结果可以通过修正系数和面积归一化进行移植。
Monte Carlo仿真 检测光纤 漫射高光谱 浑浊介质 Monte Carlo simulation Detection fiber Diffuse hyper-spectrum Turbid media
1 河南科技大学 理学院， 河南 洛阳 471003
2 河南科技大学 化工与制药学院， 河南 洛阳 471003
大气、海水及生物组织等都属于浑浊介质，浑浊介质的光学特性表征是近年来的研究热点。从浑浊介质光散射特性的散斑表征、散斑偏振技术的应用及在医学生物学中的应用三个方面综述了浑浊介质光学特性的激光散斑表征方法及其进展。
浑浊介质 光学特性 散斑表征
