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基于傅里叶谱获取的单像素成像技术

2015-12-24

  非可见光波段(如远红外波、太赫兹波等)图像在生物医学、工业探伤、国防军事等许多领域有着极其广泛的应用,由于制作这些波段的大像素二维探测器非常困难,制约着其成像技术的发展和应用。单像素成像技术,利用一个单像素探测器件,例如单个光电二极管,就可实现成像,突破了利用二维阵列探测器件的传统成像方式,大大降低了对探测器的要求,可以拍摄各种波段的图像。然而,成像质量不高和成像速度慢,一直是困扰单像素成像技术的两大难题。

  暨南大学钟金钢教授团队提出的一种单像素成像技术,在成像质量和成像速度方面取得了突破性进展,在国际上获得了可和CCD阵列探测器相媲美的高质量图像,并且可以在单像素探测器“看”不见目标物体的情况下成像,该项研究成果发表在学术刊物Nature Communications [6, 6225 (2015)] 上。

  钟金钢教授团队提出了一种新的单像素成像技术,根据光的亥姆霍兹互易性原理,利用结构光照明待成像物体,通过获取图像的傅里叶谱,重建图像。实验结果证明:(1)由于采用相移差分测量技术,信噪比大幅提高,获得了可和CCD阵列探测器相媲美的高质量图像;(2)由于图像在傅里叶变换域具有非常高的可压缩性,该技术直接在傅里叶变换域采样,在采样数少于图像像素数10%的情况下,仍保持非常高的图像质量;(3)由于该技术不依赖光的传播路径,不需要在探测器“看”见目标物体的情况下成像,获得了在探测器与目标物体之间用毛玻璃阻隔,或者探测器背向目标物体的情况下的高质量成像,实现了像无线电广播系统中收音机可以随意放置的“广播式”成像。