课题组新闻

课题组在 非定标偏振光谱成像重建 领域取得新进展


65.8K
2020-07-03

非定标快照式强度调制偏振光谱成像的实时迭代重建 

   


      课题组在 非定标线偏振光谱成像技术领域的最新研究成果在爱思唯尔的知名光学学术期刊 《Opitcs and Lasers in Engineering》上出版发表!硕士生韩风为本文的第一作者。

https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2020.106286

 

        基于强度调制的快照式偏振光谱成像, 通常情况下都采用傅里叶变换方法(FTM)进行数据反演处理,因此又被称为通道调制的偏振光谱成像;FTM主要是把测量数据从光谱域数据转换到频率域,进而通过频率截断、逆傅里叶变换、及相位定标等复现入射光的偏振光谱信息。在这一过程中,不可避免的会出现诸如通道串扰、高频信息丢失、噪声扰动影响、需要相位定标等问题。

 

        本研究提出直接在光谱域进行数据处理,利用基于最小二乘的迭代算法,而无需通过FTM算法,从而避免上述问题。主要是在假设自然目标的偏振光谱具有慢变特性的基础上,将光谱进行分段处理,利用滑动的核单元在光谱域进行滑动采样,可连续滑动(CSM)或离散滑动(DSM)。在采样区间内,利用先进的最小二乘迭代算法,直接复原出各区间的偏振光谱信息。当采样连续滑动采样式,各区间会有重叠区域,对重叠区域的数据进行平均处理,可以抑制噪声,提高精度。

 

        理论和实验均表明,基于核单元连续滑动的最小二乘迭代重建算法(CSM)可应用于高频振动的偏振光谱信息,相对于FTM和DSM,CSM的重建精度最高,噪声抑制能力最强。最重要的是,迭代重建算法是一种动态自定标过程,无需采用额外的偏振定标元件或装置,单独对系统的相位进行标定;此外,重建偏振光谱的分辨率可以保持光谱仪自身的分辨率,这是相对于FTM的更大好处。

 

       本文方法的灵感源自于:基于先进最小二乘迭代算法的相移干涉术(PSI),该方法曾被课题组用于偏振成像《Optics Letters, 45(1), 57, 2020》,本次又用于偏振光谱成像《Optics and Lasers in Engineering, 134, 106286,》,进一步推动基于强度调制的快照式偏振光谱成像技术的发展。

 

        后续课题组将把该方法与自主研发的快照式光学复制与重绘成像光谱仪相结合,形成一种小型紧凑的快照式偏振光谱成像系统,重建出目标的高分辨率高精度的偏振光谱信息;进而将系统与显微成像光学相结合,探索其在生物医学光学诊断等领域的应用。