近期，中國科學院上海光學精密機械研究所空天激光技術(shù)與系統(tǒng)部研究團隊提出頻域直接采樣的新型全息成像技術(shù)。相關(guān)成果以“Fourier-inspired single-pixel holography”為題發(fā)表于Optics Letters。
 

　　數(shù)字全息術(shù)是一種利用干涉記錄光場信息的技術(shù)。其中，離軸數(shù)字全息因能在原理上消除孿生像的影響，被廣泛應用于成像、測量、顯示、存儲等領域。傳統(tǒng)離軸數(shù)字全息采用面陣探測器記錄全息圖，然后再將有關(guān)目標光場的頻譜選出。這種成像方式在記錄目標像的同時也記錄了冗余的零級像和孿生像。此外，由于寬光譜、高靈敏、高時空分辨面陣探測器難以制備，離軸數(shù)字全息技術(shù)也難以在特殊波段、低光照等極端條件下應用。
 

　　本研究基于離軸全息在譜域分離冗余信息的機制，結(jié)合傅里葉單像素成像技術(shù)可按需獲取物體頻譜的特點，通過使用特定頻率的條紋圖案對全息圖進行編碼，由高靈敏單像素探測器實現(xiàn)對目標光場傅里葉譜的直接采樣，最后通過傅里葉逆變換獲得目標光場信息(圖1a,b)。此外，研究團隊基于自編碼架構(gòu)對編碼圖案和圖像增強模型進行智能設計(圖1c)，并使用遷移學習技術(shù)減少所需實驗數(shù)據(jù)量(圖1d)。最終，研究團隊成功在7.5%的極限采樣率下實現(xiàn)對相位型物體的成像(圖2)。這一研究將全息術(shù)、關(guān)聯(lián)成像、人工智能有機結(jié)合，為在特殊波段、低光照條件下開展高效相位探測提供了新思路，有望應用在散射成像、弱光成像等領域。
 

　　相關(guān)工作得到了國家自然科學基金和上海市揚帆計劃的支持。
 

　　圖1(a)離軸全息圖生成過程；(b)利用學習到的掩模選擇的模式調(diào)制離軸全息圖，并重構(gòu)得到物體的過程；(c)預訓練所用的聯(lián)合優(yōu)化網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)；(d)利用實驗數(shù)據(jù)的微調(diào)過程。

 

　　圖2(a)實驗裝置圖；(b)不同采樣率下的原實驗結(jié)果與神經(jīng)網(wǎng)絡處理后的實驗結(jié)果；(c)相位真值，7.5%采樣率下網(wǎng)絡輸入以及網(wǎng)絡輸出物體相位對比。