周建英課題組：散射光成像有望衝擊透視技術

中山大學光電材料與技術國家重點實驗室周建英教授團隊發展出一種逆向恢復成像的實驗新技術，採用獨特的光學系統設計找到在混亂光影中解讀原始圖像的秘鑰，結合多波長光場的分離，實現了大光學視場的實時彩色成像。

光散射是限制光傳輸以及降低和破壞光學成像效果的主要因素。例如，霧霾對光線的散射給高速公路交通安全帶來諸多隱患；濃煙對光線的散射使火災現場的逃生、搜救困難重重；不透光的生物組織給醫學診斷和治療帶來極大挑戰。

如果我們能夠消除散射帶來的不利影響，甚至化弊為利使光的散射信息得到恰當利用，那麼上述這些問題都將迎刃而解。人們也一直期待擁有高效的透視成像技術——其將在民用、醫療、國家安全等眾多領域發揮較大的應用價值，並且這一技術也具有重要的科學意義。近年來，這一領域的研究和探索不斷取得進展，已經成為光物理科學與應用領域重要而熱門的研究課題。

近期，中山大學光電材料與技術國家重點實驗室周建英教授團隊發展出一種逆向恢復成像的實驗新技術，有效地利用了透過散射體的彌散光信號，實現了大光學視場的實時彩色圖像的重構。該研究成果於近期發表在Scientific Report [6, 32696 (2016)]上。

圖 散射體透視成像 a, b)透過散射體，相機拍攝到的彌散光斑; c, d)通過演算法從彌散光斑中恢復出來的隱藏物體圖像; e-h) 恢復隱藏物體的彩色圖像。

散射過程表面看似雜亂無章，實則成像的信息恰被隱藏在混亂無序的散斑當中。1988年，科學家發現薄散射體存在一種特殊的性質——「記憶效應」，同時揭示了散射成像過程即是點擴散函數與物體的卷積。點擴散函數也稱為系統的響應函數，它某種程度上包含了散射體自身的信息，實際上成為從混亂光影中解讀原始圖像的秘鑰。

周建英教授團隊利用解卷積演算法發展了逆向恢復成像的實驗新技術，採用獨特的光學系統設計，實現了光學系統視場的擴展；同時引進顯卡圖像處理器進行維納濾波，實現了毫秒量級的高質量成像恢復，從而達到了透射光學成像的實時性要求。進一步，通過對多波長光場的分離、處理和複合，該光學系統還實現了對隱藏物體色彩信息的恢復，從而具有了對隱藏物體的光譜「指紋」開展物質結構特性分析的能力。下圖展示了這項透視技術在實驗室環境下彩色圖像恢復和實時動態成像的實驗結果。

圖 散射體後的實時大角度彩色成像技術

散射體透視成像技術的發展，使得原來認為毫無用處的散射光被重新挖掘和利用，為高效成像提供了新的思路。目前來說，要實現科幻電影或小說中呈現的離奇的透視技術當然還不現實，但是散射光的有效利用，確實可為解決本文起始提到的諸多現實生活中的問題提供可資利用的解決手段。

（來源：中國激光）