【摘 要】
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当光在散射介质中传播时,会被扰乱并散射到四周各个方向,使透过散射介质的聚焦和成像变得异常困难。然而,近些年的研究表明,在散射的过程中光波的信息并没有丢失,对于同一散射介质,确定的输入总与确定的输出相对应。这样,克服甚至利用散射介质的散射作用来实现对散射光场的调控就成了可能。本文从散射介质中的光波传输理论出发,对透过散射介质实现聚焦和图像重建的几类技术进行了研究。首先,本文研究了散射介质光学传输矩阵
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当光在散射介质中传播时,会被扰乱并散射到四周各个方向,使透过散射介质的聚焦和成像变得异常困难。然而,近些年的研究表明,在散射的过程中光波的信息并没有丢失,对于同一散射介质,确定的输入总与确定的输出相对应。这样,克服甚至利用散射介质的散射作用来实现对散射光场的调控就成了可能。本文从散射介质中的光波传输理论出发,对透过散射介质实现聚焦和图像重建的几类技术进行了研究。首先,本文研究了散射介质光学传输矩阵的测量,通过对所测传输矩阵的奇异值分布的分析证明了它对随机矩阵理论的遵循。分析了伪逆算子和相位共轭算子的聚焦能力,并通过实验对此进行了验证。接着,本文研究了无需传输矩阵测量的基于反馈波前整形的散射介质聚焦技术,进行数值仿真和实验,对基于逐步序列优化算法、遗传算法和粒子群算法的反馈波前整形聚焦技术的聚焦效果进行了分析。随后,提出一种基于文化基因算法的反馈波前整形聚焦技术,它结合了全局搜索和局部搜索,通过模拟基因和文化的协同进化过程来求解聚焦所需的输入相位。通过数值仿真和实验证明了这种方法相对于遗传算法和粒子群算法的优越性。最后,本文分别研究了基于相移干涉法和pr VBEM算法的图像重建技术,使用数值仿真对它们在各种噪声环境中的表现进行了分析,并通过实验验证了它们的有效性。
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