研究人员已经开发出一种用非常规成像方法——鬼影成像来捕捉移动物体的方法。这种新方法可以使成像技术在生物医学成像、安全检查、视频压缩和存储等新领域得到应用。
鬼影成像有很多优点，其中之一是它允许人们通过比传统成像方法更低的光水平来照亮物体来形成图像。然而，鬼影成像一直局限于静止的物体，因为它需要很长时间才能将光模式的序列投射到重建图像所必需的物体上。这将导致移动对象的图像变得模糊。
在光学学会(OSA)的《光学快报》杂志上，来自中国国防科技大学的研究人员描述了他们如何将模糊图像中的信息与物体位置的细节结合起来，用鬼影成像技术创建移动物体的高质量图像。
“我们的研究表明，模糊图像包含有用的信息，”研究小组组长刘伟涛说。“随着进一步的改进，这种方法可能使鬼影成像对人类的生物医学成像等应用非常有用。”例如，如果与x射线一起使用，它可以帮助减少成像所需的辐射剂量。”
创建清晰的图像
鬼影成像技术通过将与目标相互作用的光束与不与目标相互作用的参考光束相关联来形成图像。单独来说，光束并不携带任何关于物体的有意义的信息。这种成像技术适用于可见光、x射线和电磁波谱的其他部分，当用空间光调制器计算生成结构光束时，可以用低成本的单像素探测器而不是复杂、昂贵的照相机来完成。
为了将鬼影成像应用于移动的物体，新方法使用少量的光模式来捕捉物体的位置和轨迹。研究人员开发了一种算法，将这些位置信息与在不同位置捕捉到的模糊图像进行交叉关联，从而逐渐形成清晰的图像。
“这种方法放松了对快速成像的要求，因为算法是线性的，它不需要大量的计算能力，”刘解释说。“该方法可以在没有任何附加设备的情况下使用典型的鬼影成像系统进行，并允许及时地重建图像。”
标准设置捕获新信息
研究人员用一个典型的鬼影成像系统演示了他们的新方法，在这个系统中，一个旋转扩散器产生的随机光场被分成两束。其中一束由CCD摄像机记录，而另一束则照亮一个移动的物体。来自运动物体的光由单像素探测器收集。
“我们证明了我们的方法捕获了图像的轨迹，并形成了高质量的图像，”刘说。“在这些相同的实验条件下，传统的鬼影成像方法会由于运动模糊而丢失大部分的物体信息。”
——文章发布于2019年11月13日
