激光模式散斑鬼成像

（LMS-GI）

四川大學(xué)馮國(guó)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(yàn)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(yàn)系統(tǒng)示意圖

導(dǎo)

讀

吸收、散射、噪聲和低靈敏度探測(cè)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(cè)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(yàn)研究中，馮國(guó)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(duì)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(yàn)結(jié)果。

（b）LMS-GI在渾濁水中不同采樣率下的實(shí)驗(yàn)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(cè)器在沒(méi)有空間分辨率的情況下收集散斑圖案，以使用相關(guān)計(jì)算形成重建圖像。GI的應(yīng)用場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)景示意圖

在LMS-GI研究中，馮國(guó)英課題組提出了基于方形球面鏡對(duì)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(lái)，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。