近日，中科院量子光學(xué)重點實驗室劉紅林副研究員與香港理工大學(xué)賴溥祥教授、上海理工大學(xué)張大偉教授合作，在散射成像研究方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果以“Different channels to transmit information in scattering media”為題發(fā)表于PhotoniX。

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光學(xué)成像的本質(zhì)是信息的傳遞，成像系統(tǒng)則提供了信息傳遞的信道。傳統(tǒng)光學(xué)成像系統(tǒng)可以根據(jù)光路中各個部分已知的傳輸函數(shù)來計算系統(tǒng)響應(yīng)，換言之，信道的結(jié)構(gòu)和特性明確可知。當(dāng)使用散射介質(zhì)替換傳統(tǒng)透鏡時，仍然可以從光場中提取圖像，這說明散射介質(zhì)保留或重建了圖像信息的傳遞通道。散射成像領(lǐng)域主流研究把散射介質(zhì)視作“黑匣子”，關(guān)注各類技術(shù)的開發(fā)和優(yōu)化，一直沒有觸及介質(zhì)內(nèi)信息傳播的通道。

研究人員通過設(shè)計由不同照明源和傳輸介質(zhì)的四種實驗組合，并利用深度學(xué)習(xí)作為信息提取的工具和判斷信息有無的標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)散射介質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)提供了一種新的通道供信息傳遞。同時，對比周期性相位光柵進(jìn)行了進(jìn)一步的證明。信源編碼方式?jīng)Q定了散射介質(zhì)內(nèi)信道的模式。研究還發(fā)現(xiàn)，如果沒有有效信道，即使是空間平移不變系統(tǒng)，信息也無法傳遞，卷積定理失效。

散射介質(zhì)中存在不同的信道的發(fā)現(xiàn)刷新了對散射現(xiàn)象、成像和空間平移不變性的理解，還將激發(fā)對深度學(xué)習(xí)的進(jìn)一步研究和應(yīng)用，未來可將其作為研究未知物理原理或機(jī)制的有力工具。

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該項目得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省科學(xué)技術(shù)委員會、香港研究撥款委員會以及香港創(chuàng)新科技委員會的支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1186/s43074-023-00087-3