激光模式散斑鬼成像

（LMS-GI）

四川大學(xué)馮國英課題組使用UPOLabs的RSLM1024V空間光調(diào)制器搭建了一套水下實(shí)驗裝置用以研究水下環(huán)境的激光模式散斑鬼成像。

激光模式散斑（LMS-GI）鬼成像水下實(shí)驗系統(tǒng)示意圖

導(dǎo)

讀

吸收、散射、噪聲和低靈敏度探測器導(dǎo)致傳統(tǒng)水下成像質(zhì)量差。鬼成像（GI）已成為一種基于照明散斑圖案與非空間分辨率探測器之間關(guān)系的有效抗干擾水下成像方法。傳統(tǒng)的散斑模式基于數(shù)學(xué)模型（如隨機(jī)模型、Hadamard模型或Walsh模型）進(jìn)行分布。

在激光模式散斑鬼成像（LMS-GI）水下實(shí)驗研究中，馮國英課題組將基于M的平方有序激光模式物理模型的新型散斑圖案應(yīng)用于GI。激光模式散斑圖案GI（LMS-GI）系統(tǒng)在5%或更低的采樣率下實(shí)現(xiàn)完美的成像質(zhì)量;即使在0.64%以下也能保持良好的成像質(zhì)量。盡管相對隨機(jī)噪聲為1.0%~5.0%，但其性能優(yōu)于其他GI。此外，在2.48%的低采樣率下，LMS-GI不僅在惡劣天氣下有效，而且在復(fù)雜的液體環(huán)境中也有效，如渾濁液體和生物組織液。

（a）LMS-GI和隨機(jī)GI在空氣中的實(shí)驗結(jié)果。

（b）LMS-GI在渾濁水中不同采樣率下的實(shí)驗結(jié)果。

主

要

內(nèi)

容

在鬼成像（GI）中，用散斑圖案照射物體，隨后由桶形檢測器在沒有空間分辨率的情況下收集散斑圖案，以使用相關(guān)計算形成重建圖像。GI的應(yīng)用場景和影響因素如下圖所示。影響因素主要包括散斑模式和恢復(fù)算法，應(yīng)用場景主要包括3D成像、熒光成像、激光雷達(dá)、太赫茲成像、生物成像和水下成像。

地理標(biāo)志的影響因素及應(yīng)用場景示意圖

在LMS-GI研究中，馮國英課題組提出了基于方形球面鏡對稱共聚焦腔中激光模式的物理模型的激光模式散斑模式（LMS），這與數(shù)學(xué)建模的分布不同。LMS圖案（LMS）根據(jù)其光束質(zhì)量M的平方重新排列并應(yīng)用于 GI 以形成 LMS 鬼影成像系統(tǒng)（LMS-GI）。從理論上講，成像質(zhì)量LMS-GI在1的采樣率下是完美的，即它滿足一般成像要求，采樣率為 0.64%。此外，LMS-GI具有很高的魯棒性，在實(shí)際水下環(huán)境中優(yōu)于傳統(tǒng)GI，在高度渾濁的水下環(huán)境中，它可以實(shí)現(xiàn)與使用壓縮感知和深度學(xué)習(xí)獲得的成像相媲美的低采樣成像。未來，LMS-GI因其低采樣率和高成像質(zhì)量，可廣泛應(yīng)用于遙感、生物成像等領(lǐng)域。

（a） 激光模式散斑圖案重影成像、隨機(jī)散斑圖案重影成像、Walsh散斑圖案GI和Haar散斑圖案GI的模擬結(jié)果。（b）PSNR指標(biāo)和（c）SSIM指標(biāo)與四種重影成像的采樣率的關(guān)系。