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

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

研究人員通過設計由不同照明源和傳輸介質的四種實驗組合，并利用深度學習作為信息提取的工具和判斷信息有無的標準，發(fā)現(xiàn)散射介質的微觀結構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行了進一步的證明。信源編碼方式決定了散射介質內信道的模式。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)對深度學習的進一步研究和應用，未來可將其作為研究未知物理原理或機制的有力工具。

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該項目得到了國家自然科學基金、廣東省科學技術委員會、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