激光与光电子学进展2024,Vol.61Issue(22) :81-90.DOI:10.3788/LOP240453

基于传输矩阵的水下光学成像

Underwater Optical Imaging Based on Transmission Matrix

吴修昊 李文东 肖芽 赵航 马君 史晓凤
激光与光电子学进展2024,Vol.61Issue(22) :81-90.DOI:10.3788/LOP240453

基于传输矩阵的水下光学成像

Underwater Optical Imaging Based on Transmission Matrix

吴修昊 1李文东 2肖芽 2赵航 2马君 2史晓凤2
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作者信息

  • 1. 中国海洋大学信息科学与工程学部物理与光电工程学院,山东 青岛 266100
  • 2. 中国海洋大学信息科学与工程学部物理与光电工程学院,山东 青岛 266100;中国海洋大学海洋物理高端仪器装备教育部工程研究中心,山东 青岛 266100;中国海洋大学青岛市光学光电子重点实验室,山东 青岛 266100
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摘要

为了解决目前水下成像过程中散射导致的清晰度下降问题,基于传输矩阵法,利用自搭建马赫-曾德尔干涉光路实现浑浊液体的图像重聚焦,并研究了强度平均法和Gerchberg-Saxton(GS)算法的重聚焦成像效果.结果表明,四步相移传输矩阵方法可以在浑浊介质中清晰地重新聚焦预设图像.强度平均法下,聚焦图像与原始图像的余弦相似度比值为0.66;而基于GS算法的图像重建,其比值可达到0.91.因此,传输矩阵法结合GS算法可以有效地减弱散射效应对图像传输带来的影响.该方法在海洋学、生物医学成像、水下通信等领域中具有广阔的应用前景.

Abstract

To address the clarity degradation caused by scattering in underwater imaging,we propose a self-constructed Mach-Zehnder interference optical path to achieve image refocusing through a cloudy liquid using the transmission matrix method.We investigate the refocusing imaging effect using the intensity averaging method and Gerchberg-Saxton(GS)algorithm.Results indicate that the preset image can be clearly refocused through cloudy media using the four-step phase-shifting transmission matrix method.The cosine similarity ratio between the refocused and original images is determined to be 0.66 using intensity averaging,while this ratio is determined to be 0.91 using the GS algorithm.Combining the transmission matrix method with the GS algorithm effectively reduces the impact of scattering effects on image transmission.This approach has substantial application potential in oceanography,biomedical imaging,underwater communication,and other fields.

关键词

光散射/传输矩阵/四步相移法/空间光调制器/马赫-曾德尔干涉仪

Key words

optical scattering/transmission matrix/four-step phase-shifting method/spatial light modulator/Mach-Zehnder interferometer

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出版年

2024
激光与光电子学进展
中国科学院上海光学精密机械研究所

激光与光电子学进展

CSTPCD北大核心
影响因子:1.153
ISSN:1006-4125
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