[发明专利]散射介质光学传输矩阵的测量方法

说明书

本发明涉及一种散射介质光学传输矩阵的测量方法，该方法包括：将入射光束的水平偏振分量和垂直偏振分量分别作为信号光束和参考光束经过半波片入射散射介质；旋转半波片调制信号光束和参考光束的比例，消除参考光束的影响，检索散射介质光学传输矩阵的最优解。上述散射介质光学传输矩阵的测量方法，在测量散射介质光学传输矩阵时具有明显的增强效果，将入射光束的水平偏振分量和垂直偏振分量分别作为信号光束和参考光束，采用共路传播全场相移干涉法在测量光学传输矩阵时可以完全消除参考光束的影响，在测量光学传输矩阵时检索效率更高，样本需求更低，信号光束和参考光束共路传输，可以降低系统误差。

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，特别是涉及一种散射介质光学传输矩阵的测量方法。

背景技术

光学成像一直是人们获取信息的重要方式之一，尤其是在生物医学成像方面具有重要意义。然而在诸如大气、海洋、生物组织等复杂环境中，由于折射率分布不均匀，光子被复杂环境介质中与光波长同样量级的粒子进行多次作用后不再沿直线传播，其传播方向发生偏离，向四周传播开，输出光场也因多重散射而使随机性增强，这种现象称为散射，与光子发生相互作用的介质称为随机散射介质。因此，研究如何在随机散射介质存在的情况下实现透过随机散射介质的成像，使光能够进一步为人类所应用具有非常重要的意义。

散射介质光学传输矩阵可以用来表征入射光场经过散射介质后的输出光场与入射光场之间的变换关系，在获得光学传输矩阵后，散射介质对入射光场的变换能够等效为已知的光学元件，进而实现对散射介质输出光场的调控。利用光学传输矩阵还可以解决许多实际问题，例如根据随机矩阵理论，特定模式的输入波在经过散射介质后不会发生能量损失，从而实现对传输光能量的控制；在复色光的聚焦应用中，已知光学传输矩阵的散射介质能够等效为已知的光学元件以实现聚焦；除此之外，还可以利用光学传输矩阵对散射介质的性质进行研究，利用散射介质的光学传输矩阵以及图像重建技术可以实现目标重构，快速准确地得到任意图像经过散射介质后的重建结果。

在对散射介质的研究过程中，光学传输矩阵不仅对于散射介质的散射特性研究具有重要意义，而且将对生物医学成像等领域起到巨大的推动作用。然而由于缺少可以直接对散射介质输出光场的相位进行记录的设备，光学传输矩阵的测量依然面临较大困难。一般的测量光学传输矩阵的方法可以分为两类：第一类是利用相位恢复算法检索散射介质输出光场的相位进而测量光学传输矩阵，但是，相位恢复算法需要大量的样本数据和迭代时间，不利于光学传输矩阵的快速测量。第二类是通过干涉的方法恢复散射介质输出光场的相位进而测量光学传输矩阵，但是，该方法需要额外引入一条参考光路，参考光的负面影响难以消除，增加了系统误差，降低了系统的稳定性。

发明内容

基于此，有必要针对一般的测量光学传输矩阵的方法需要大量的样本数据和迭代时间，以及难以消除参考光路的影响的问题，提供一种散射介质光学传输矩阵的测量方法。

一种散射介质光学传输矩阵的测量方法，所述方法包括：

将入射光束的水平偏振分量和垂直偏振分量分别作为信号光束和参考光束经过半波片入射散射介质；

旋转半波片调制所述信号光束和参考光束的比例，消除参考光束的影响，检索所述散射介质光学传输矩阵的最优解。

进一步的，还包括：

在所述入射光束经过所述半波片后，入射散射介质之前，通过空间光调制器改变加载的哈达玛基灰度图像改变信号光束相位。

进一步的，所述空间光调制器与空气的界面与所述入射光束互相垂直。

进一步的，所述空间光调制器液晶显示屏面积大于入射光束面积，所述空间光调制器液晶显示屏与入射光束重合部分为调制区域，未重合部分为非调制区域。

进一步的，所述空间光调制器调制深度为2πrad，灰阶范围为0～255。

进一步的，还包括：