革命性的光学成像：突破性的通过散射介质成像的非侵入性技术

革命性的光学成像：突破性的通过散射介质成像的非侵入性技术

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一项新的研究介绍了一种新的基于计算全息的方法，该方法可以通过高散射介质实现高分辨率、非侵入性成像，而不需要像导星或空间光调制器这样的传统工具。通过利用计算优化，该方法大大减少了所需的测量次数，并使用25个全息帧校正了超过190,000个散射模式。这一创新将成像负担从物理硬件转移到灵活、可扩展的数字处理，从而在从医疗诊断到自主导航的广泛领域实现更快、更高效的成像。它的重要性在于为克服复杂的散射挑战提供了一种通用的、非侵入性的解决方案，有可能改变科学和工业中的许多应用。

耶路撒冷希伯来大学应用物理研究所的研究人员在《自然光子学》杂志上发表了一项开创性的研究，提出了一种革命性的新方法，通过高散射介质进行非侵入性高分辨率成像。由Ori Katz教授、Omri Haim教授和Jeremy Boger-Lombard教授领导的团队介绍了一种基于全息技术的计算技术，该技术解决了光学成像领域的关键挑战，并为医学成像、自动驾驶汽车和显微镜等不同领域的应用打开了新的大门。

该研究引入了一种无导星方法，消除了对传统工具的需求，如高分辨率空间光调制器（slm）或广泛的测量，使通过复杂散射介质以前所未有的速度和精度成像成为可能。通过计算模拟波前整形实验，这项新技术同时优化了多个“虚拟slm”，允许系统在不需要关于目标或散射模式的先验信息的情况下重建高质量的图像。

主要成就

• 高通用性和灵活性：该方法可以校正超过190,000个散射模式，仅使用25个全息捕获的，在未知随机照明下获得的散射光场。新技术提供了各种成像模式的灵活性，包括外射照明、散射层的多共轭校正和无透镜内窥镜。

• 减少计算和内存需求：与需要计算整个反射矩阵的传统技术不同，这种创新的方法大大减少了内存分配，加速了成像过程，能够更快、更有效地校正复杂的散射。

• 跨领域应用：该研究证明了该技术在多种领域的应用潜力，包括生物组织成像、多芯光纤内窥镜，甚至声光断层扫描。该方法还有望在地球物理学、雷达和医学超声等领域提供解决方案。

Ori Katz教授说：“我们很高兴能在成像技术中引入一种新的方法，这种方法可以通过高度散射的介质进行高分辨率成像，比目前的技术水平少了几个数量级的测量，而不需要事先了解目标或昂贵的设备。”“这项创新将挑战从物理硬件转移到计算优化，提供了一种自然并行的解决方案，可以应用于许多领域。”

这项研究有可能改变科学研究和实际应用的关键领域，为复杂环境下的成像提供快速、非侵入性和高度适应性的解决方案。该团队已经在探索未来的方向，包括优化连续体积样品（如厚生物组织）的方法，并进一步减少所需全息图的数量。