去散射成像技术的发展现状
我们能够轻易地透过玻璃、空气等透明介质清晰的分辨物体的形态结构，却无法识别隐藏在毛玻璃、牛奶、鸡蛋壳、人体组织等散射介质后的物体的结构与形貌。其主要原因在于携带目标信息的入射光能够透过透明均匀介质进行直线传播，且传播过程中光波的等相位面和光强不会发生变化，因此成像系统能够接收到近乎完整的入射波前，使得目标的清晰像得以呈现。而当光在毛玻璃、牛奶、鸡蛋壳等介质中传播时，介质中大小与波长同量级的粒子使得光波发生多次散射，导致入射光波从散射介质表面出射时改变了原有入射光场空间相对位置关系特点，出射光场因而变得紊乱而随机，最终只能观察到颗粒状的散斑图样[1]。
光传输经过散射介质后，入射光携带的信息并没有丢失，只是在散射过程中进行了编码重组，因此可以通过适当的方法从散射光场中恢复出目标信息。目前，透过散射介质的成像方法主要包括自适应光学技术、波前调制技术、图像重建技术及散斑相关技术等[2,3,4]
自20世纪50年代发展以来，自适应光学技术（Adaptive Optics Technique, AOT）得到了越来越广泛的应用[2,3]。自适应光学技术通过对大气扰动造成的光学波前畸变进行适当校正来改善光学系统的成像质量。大气温度变化及大气湍流运动等因素会引起大气折射率的随机变化，从而导致大气折射率呈现非均匀分布。大气折射率的非均匀分布使得从待观测目标上反射回来的波面发生扭曲和畸变，从而严重影响了光学成像系统的成像质量和成像分辨率。AOT通过对光学波前的实时探测、控制和校正，使光学系统实时的随外界条件的变化而变化，从而始终保持良好的成像质量。目前，AOT技术的应用领域正从大型望远镜系统和激光工程领域扩展到民用领域，如在激光通信中用于对大气扰动进行补偿，在医用光学仪器中用于提高人眼视网膜分辨率等[4]。图1为自适应光学系统的基本结构示意图。
图1 自适应光学系统的基本结构示意图
20世纪90年代，法国的 Mathias Fink 等人研究发现，脉冲声波传输通过散射介质，被时间反演镜反射并再次通过散射介质后，该列脉冲声波能够在波源处重聚焦[5]，且其聚焦效果（lambda;/40）超过了声波的衍射极限[6,7]，这一方法称为时间反演技术（TimeReversal Technique,TRT）。
2007年，受时间反演技术能够克服声波散射的启发，荷兰的 I. M. Vellkoop 等人首次提出了波前调制技术（Wavefront Modulation Technique, WMT），其核心是通过反馈调制算法逐像素地控制空间光调制器（Spatial Light Modulator, SLM）等设备来对入射光波前进行相位补偿，利用光学相位共轭的思想实现透过散射介质的超衍射极限聚焦与成像[8, 9]。
近年来，美国的 L. V. Wang 等人利用光声编码方法实现了波前调制，并将其应用于透过生物组织及动态散射介质成像[10-12]。与此同时，国内的研究机构在波前调制技术方面也展开了基础性的研究工作。早在 2005 年，中国科学院上海光学精密机械研究所的刘立人、藤树云等人已经采用相位补偿技术实现了超衍射极限激光光束[13]；2012年至 2013年，中山大学的周建英教授通过波前调制技术，利用散射介质成功控制入射光波的偏振特性[14,15]；2014年，华侨大学信息科学与工程学院的孙存志、陈子阳、蒲继雄通过调制光波波前的幅值，使光波透过散射介质时重新聚焦[16]。图 2为利用WMT 技术实现超衍射极限聚焦的示意图。图2基于WMT技术的超衍射极限聚焦结果[8]。
