【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所空天激光技術(shù)與系統(tǒng)部研究團(tuán)隊(duì)提出頻域直接采樣的新型全息成像技術(shù)。相關(guān)成果以“Fourier-inspired single-pixel holography”為題發(fā)表于Optics Letters。
 

　　數(shù)字全息術(shù)是一種利用干涉記錄光場(chǎng)信息的技術(shù)。其中，離軸數(shù)字全息因能在原理上消除孿生像的影響，被廣泛應(yīng)用于成像、測(cè)量、顯示、存儲(chǔ)等領(lǐng)域。傳統(tǒng)離軸數(shù)字全息采用面陣探測(cè)器記錄全息圖，然后再將有關(guān)目標(biāo)光場(chǎng)的頻譜選出。這種成像方式在記錄目標(biāo)像的同時(shí)也記錄了冗余的零級(jí)像和孿生像。此外，由于寬光譜、高靈敏、高時(shí)空分辨面陣探測(cè)器難以制備，離軸數(shù)字全息技術(shù)也難以在特殊波段、低光照等極端條件下應(yīng)用。
 

　　本研究基于離軸全息在譜域分離冗余信息的機(jī)制，結(jié)合傅里葉單像素成像技術(shù)可按需獲取物體頻譜的特點(diǎn)，通過(guò)使用特定頻率的條紋圖案對(duì)全息圖進(jìn)行編碼，由高靈敏單像素探測(cè)器實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)光場(chǎng)傅里葉譜的直接采樣，最后通過(guò)傅里葉逆變換獲得目標(biāo)光場(chǎng)信息(圖1a,b)。此外，研究團(tuán)隊(duì)基于自編碼架構(gòu)對(duì)編碼圖案和圖像增強(qiáng)模型進(jìn)行智能設(shè)計(jì)(圖1c)，并使用遷移學(xué)習(xí)技術(shù)減少所需實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)量(圖1d)。最終，研究團(tuán)隊(duì)成功在7.5%的極限采樣率下實(shí)現(xiàn)對(duì)相位型物體的成像(圖2)。這一研究將全息術(shù)、關(guān)聯(lián)成像、人工智能有機(jī)結(jié)合，為在特殊波段、低光照條件下開(kāi)展高效相位探測(cè)提供了新思路，有望應(yīng)用在散射成像、弱光成像等領(lǐng)域。
 

　　相關(guān)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和上海市揚(yáng)帆計(jì)劃的支持。
 

　　圖1(a)離軸全息圖生成過(guò)程；(b)利用學(xué)習(xí)到的掩模選擇的模式調(diào)制離軸全息圖，并重構(gòu)得到物體的過(guò)程；(c)預(yù)訓(xùn)練所用的聯(lián)合優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；(d)利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的微調(diào)過(guò)程。

 

　　圖2(a)實(shí)驗(yàn)裝置圖；(b)不同采樣率下的原實(shí)驗(yàn)結(jié)果與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；(c)相位真值，7.5%采樣率下網(wǎng)絡(luò)輸入以及網(wǎng)絡(luò)輸出物體相位對(duì)比。