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从分散在不透明材料上的曝光中,提取彩色图像,这技术厉害了!

原标题:从分散在不透明材料上的曝光中,提取彩色图像,这技术厉害了!

科学家开发了一种方法,可以从分散在大部分不透明材料上的单次曝光中提取彩色图像,这项技术在天文学等的广泛领域都有应用,其研究发表在《Optica》上。杜克大学电气和计算机工程副教授迈克尔•格姆(Michael Gehm)表示:其他研究人员已经能够从散射光中重建彩色图像,但这些方法必须牺牲空间分辨率,或者预先要求对散射体进行表征,而这通常是不可能的,但新方法避免了所有这些问题。

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当光线通过半透明材料时散射开来,在没有信号的电视屏幕上出现“斑点”图案看起来就像静态的一样随机。但它不是随机的,因为来自物体某一点的光经过路径与来自相邻点的光非常相似,所以每个点的散斑图看起来非常相似,只是稍微移动了一下。有了足够多的图像,天文学家过去常常利用这种“记忆效应”现象,在湍流的大气中创造出更清晰天空图像,只要被成像的物体足够密集,随着自适应光学技术的发展,这种技术逐渐失宠。

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自适应光学通过使用可调反射镜来补偿散射来完成同样的工作,因为现代相机一次可以记录数亿像素,所以只需要一次曝光就可以完成统计。这种方法虽然可以重建散乱的图像,但在色彩方面存在局限性,由不同波长产生的斑纹图案通常是不可能彼此分开。由格姆实验室的博士生李晓涵(音译)、电子与计算机工程副教授乔尔•格林伯格(Joel Greenberg)和格姆共同开发的新记忆效应成像方法,突破了这一局限,诀窍是使用编码孔径,然后是棱镜。

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编码孔径基本上是一个过滤器,能让光通过某些区域,但不允许以特定的模式通过其他区域。当编码孔径对散斑进行“标记”后,散斑会通过一个棱镜,使不同频率的光相互传播。这使得编码光圈的图案相对于探测器捕捉到的图像有轻微偏移,移动的量与通过的光颜色直接相关。与正在拍摄图像的整体大小相比,这种变化很小,而且由于探测器对颜色不敏感,造成了一个混乱的组合。但这种变化足以给算法提供一个立足点,从每种颜色中梳理出单独的斑纹图案。

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从中可以弄清楚每种颜色对应的物体是什么样子。研究人员表示,通过聚焦与紫色、绿色和红色三种色调对应的五个光谱通道,该技术可以重建一个充满微妙的粉红、黄色和蓝色的字母“H”。除了这个困难的原理证明,研究人员相信该方法可以在天文学等领域找到应用。在天文学中,来自天文现象光的颜色含量包含有关于其化学成分的有价值信息,并且斑点常常是由于光被大气扭曲而产生。同样,在生物学领域,颜色可以告诉研究人员正在成像的分子组成,或者它可以用来识别用荧光标记标记的生物分子。

博科园|研究/来自:杜克大学
参考期刊《Optica》
DOI: 10.1364/OPTICA.6.000864
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