什么是散射成像技术？

基于反馈优化波前整形的散射介质成像技术

基于反馈优化的波前整形技术利用优化算法（非线性或线性），通过迭代获取目标光场对应的最优波前，从而实现透过散射介质聚焦或成像。本质上，基于反馈优化的波前整形技术将散射介质对光场的调制过程看作“黑箱”，通过迭代算法获取相应的波前，进而实现对输出光场的模式及不同模式之间耦合的控制。

2012年，研究人员Katz等基于反馈优化的波前整形技术，采用非相干光源实现了透过散射介质的实时成像，此项工作极大地推动了波前整形技术在实际应用上的进程。同时，基于反馈优化的波前整形技术在透过多模光纤的光学精密控制和成像方面也有着重要意义。此外，考虑到实际应用中散射介质的时变特性，如何实现透过动态散射介质的快速聚焦或成像是未来研究中的重要课题。

光学传输矩阵的散射介质成像技术

随着研究人员利用波前调制技术验证了可见光透过散射介质后依然能够实现聚焦之后，基于波前调制技术的相关研究引起了世界各国科研人员的广泛关注。测量传输矩阵是一种新的波前调制技术，该方法的核心思想是利用一个复杂的矩阵将入射光场与出射光场联系起来，通过测量传输矩阵并结合相位共轭技术，能够在任意位置、任意时刻实现聚焦和成像。

基于光学传输矩阵的散射成像方法的优点在于，只要测量出成像系统的光学传输矩阵，便可以从任意目标所成的散斑中迅速恢复出待测目标。但是，就现阶段的研究来看，该方法所需系统较复杂，对系统稳定性的要求非常高，任何改变都有可能导致无法重建目标，目前的研究水平还无法做到对实际物体成像。如何保证光学传输矩阵测量的实时性是未来研究的重要方向。

基于光学记忆效应的散射成像技术

基于光学记忆效应的散射成像技术是透过散射介质成像的重要组成部分，它可以利用散斑，通过自相关运算，获取目标信息的傅里叶振幅，进而结合有效的相位恢复算法实现目标的重建。与波前整形技术相比，基于光学记忆效应的散射成像技术具有非入侵的特点，且对于光源、介质和系统的要求较低。随着对光学记忆效应研究的深入，利用散射介质的退相关特性，可实现透过散射的光谱成像和三维成像，这将对未来的新型成像系统具有重要意义。

光学记忆效应

在一定的入射角度范围内，当改变光源入射方向时，经过散射介质在像平面上得到的散斑形状特征保持不变，但整体发生了平移，这一现象称为光学记忆效应。

图2为研究人员Freund等得到的关于光学记忆效应的实验验证结果，当把入射光波绕着光轴轻微转动时，所得散斑与之前的散斑具有很强的相关性。也就是说，散斑的强度分布并不会发生明显变化，但散斑会随着入射角度的变化而发生相应的移动。进一步改变入射角度，可以看到散斑依然会发生相应的偏移，但其相关性逐步降低，直到相关性完全消失。

图2.光学记忆效应实验结果。左侧一列为散斑相关度的测量结果,右侧一列为随着光波入射角度变换的散斑