基于记忆效应和关联成像的抗散射光学成像研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11774431
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    72.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2205.光量子物理和量子光学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Image quality will be greatly reduced by scattering from the media in the optical path. Self-correlation of speckles based on memory effect can offer sharp image under scattering. Ghost imaging also gains ability of imaging under scattering. However, the field of view of the former method is limited and ghost imaging cannot work over strong scattering. Actually, both methods obtain the image based on second-order coherence of light field, and they are kind of mutually complementary considering the ability of imaging and the scope of application. We propose to investigate the physics of memory effect and self-correlation imaging, especially on the physical reason of limitation on the field of view. By comparing between two imaging methods, make it clear about the similarity in the fundamental and possible combination for applications. New optical imaging method and corresponding experimental verification are expected for imaging against scattering. Based on this project, novel imaging protocols with wide field of view, which can imaging over strong scattering, will help to improve the scope of applications. Those methods can be applied for clinical imaging, bio-imaging, imaging against bad weather, and so on.
光学传输路径上的散射导致光学成像质量下降甚至不能成像。基于散射记忆效应的散斑自相关成像能够在散射条件下清晰成像,关联成像也具有一定的抗散射能力。但前者视场角受限,后者能“看透”的散射不强。对比两种成像方法,两者都利用了光场的二阶关联特性进行成像,且在成像能力和适用范围上有互补性。因此,本项目拟从记忆效应及散斑自相关成像的物理机理入手,研究其视场角受限的物理机制,对散斑自相关成像和关联成像从成像原理、抗散射原因、成像能力及适用范围等方面进行对比,明确其原理上的共通之处和应用层面的结合点,进一步通过两种成像方式的结合提出新的抗散射成像方案,并在实验上进行验证和优化。通过本项目研究,有望提出广视角、抗强散射的光学成像新方案,提高散射条件下的光学成像质量,拓宽抗散射光学成像的应用范围,推动相关技术在医学诊断、生物成像、恶劣气象条件应对以及军事侦查等等方面的实际应用。

结项摘要

光学传输路径上的散射导致光学成像质量下降甚至不能成像。项目深入分析了记忆效应自相关成像的物理机理,建立了散射介质模型,对比研究了自相关成像和关联成像的联系与区别,研究了两种成像方式各自的优点与缺点,进而提出了通过光场涨落关联获取散射介质点扩展函数的方法,实现了大视场抗散射光学成像。还研究了散射对偏振、时域波形等的影响;针对关联成像走向实际应用的问题,研究了低信噪比下的图像质量提升方法,明显提升了系统成像能力。主要进展如下:.1)分析了几种典型散射介质的光场特性,并提出了能够模拟记忆效应的散射介质数值模型;.2)基于光场二阶相关性研究了记忆效应物理机理,讨论了自相关图像获取的物理机制,并确定了关联成像与记忆效应自相关成像的共同点及区别;.3)提出了基于涨落关联获取散射介质点扩展函数的方案,并基于此实现了跨记忆效应区间的抗散射光学成像;.4)分析了物体反射与介质散射光的偏振特性差异,并实验实现了偏振关联成像,分析了其抗散射能力;.5)针对散射及环境背景光影响,提出并实现了时域互相关关联成像,提升了关联成像在低信噪比情况下的图像恢复能力;.6)结合光场设计、成像策略优化,突破了运动物体关联成像技术,将对物体准静止状态下采样次数要求降低了几个数量级;.7)基于时间域双光子干涉,实现了单光子时域波函数探测。.共发表SCI论文12篇,其中Optics Letters论文2篇,Phys. Rev. A论文2篇,Optics Express论文5篇;发表国内核心期刊特邀综述论文2篇;获批专利2项。在国际国内学术会议作邀请报告超过15人次,参加国际国内学术会议30余人次。圆满完成了项目目标。.通过研究,对散射条件下的光场传输和成像机理有了更深的理解,提出了大视角、抗强散射的光学成像新方案,提高了散射条件下的光学成像质量,有利于推动相关技术在医学诊断、生物成像、恶劣气象条件应对以及军事侦查等方面的实际应用。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Weak value amplification for nonunitary evolution
非酉演化的弱值放大
  • DOI:
    10.1103/physreva.100.012125
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    PHYSICAL REVIEW A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Liu Wei Tao;Martinez Rincon Julian;Howell John C
  • 通讯作者:
    Howell John C
Feedback ghost imaging by gradually distinguishing and concentrating onto the edge area
通过逐渐区分和集中到边缘区域来反馈重影成像
  • DOI:
    10.3788/col202119.041102
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Chinese Optics Letters
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Jun-Hao Gu;Shuai Sun;Yao-Kun Xu;Hui-Zu Lin;Wei-Tao Liu
  • 通讯作者:
    Wei-Tao Liu
Morphology and statistics of wide-spectrum
广谱形态学和统计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    李月刚;孙帅;林惠祖;刘伟涛
  • 通讯作者:
    刘伟涛
Enhancing robustness of ghost imaging against environment noise via cross-correlation in time domain
通过时域互相关增强重影成像对环境噪声的鲁棒性
  • DOI:
    10.1364/oe.439519
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Li Dong;Yang Ding;Sun Shuai;Li Yue-Gang;Jiang Liang;Lin Hui-Zu;Liu Wei-Tao
  • 通讯作者:
    Liu Wei-Tao
Denoising ghost imaging under a small sampling rate via deep learning for tracking and imaging moving objects
通过深度学习在小采样率下对鬼影成像进行去噪,以跟踪和成像运动物体
  • DOI:
    10.1364/oe.412597
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Hong-Kang Hu;Shuai Sun;Hui-Zu Lin;Liang Jiang;Wei-Tao Liu
  • 通讯作者:
    Wei-Tao Liu

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其他文献

随机运动描述的探究
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  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    量子光学学报
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    --
  • 作者:
    徐耀坤;陈平形;刘伟涛;戴宏毅
  • 通讯作者:
    戴宏毅
EXPERIMENTAL REALIZATION OF PROBABILISTIC REMOTE STATE PREPARATION
概率远程状态准备的实验实现
  • DOI:
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    --
  • 期刊:
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  • 作者:
    李承祖;吴伟;陈平形;刘伟涛
  • 通讯作者:
    刘伟涛
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    刘伟涛;章晶晶;高雪梅
  • 通讯作者:
    高雪梅
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二光子正动量相关纠缠态的制备与识别,物理评论A,2009,V79,061802(R)
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Physical Review A, 2009, V79, 061802(R)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李承祖;陈平形;袁建民;刘伟涛
  • 通讯作者:
    刘伟涛
机械活化强化从锑渣氧粉中回收铟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    金属矿山,2004,8(增刊):489-492
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黎铉海;刘伟涛;潘柳萍;粟海锋
  • 通讯作者:
    粟海锋

其他文献

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刘伟涛的其他基金

暗弱运动物体成像技术
  • 批准号:
    62275270
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
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关联成像若干基本问题研究
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  • 项目类别:
    面上项目
压缩采样的物理本质及在量子测量中的应用
  • 批准号:
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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    青年科学基金项目

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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