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物理学 > 光学

arXiv:2507.13813 (physics)
[提交于 2025年7月18日 ]

标题: 基于散射的点扩散函数的快照5D和模式可切换无透镜成像

标题: Exploiting scattering-based point spread functions for snapshot 5D and modality-switchable lensless imaging

Authors:Ze Zheng, Baolei Liu, Jiaqi Song, Muchen Zhu, Yao Wang, Menghan Tian, Ying Xiong, Zhaohua Yang, Xiaolan Zhong, David McGloin, Fan Wang
摘要: 快照多维成像通过在单次拍摄中同时捕获空间、光谱、偏振和其他信息,为传统低维成像技术提供了一个有前景的替代方案,从而提高了成像速度和采集效率。 然而,现有的快照多维成像系统通常受到其体积大、复杂度高和成本高的限制,这制约了它们的实际应用。 在本工作中,我们提出了一种紧凑的无透镜散射相机用于快照多维成像(Diffuser-mCam),它可以在非相干照明下从单次拍摄的类似斑点的测量中重建五维(5-D)图像。 通过同时利用散射介质和空间复用策略来提取高维光学特征,我们展示了所需光场的多维数据(2D强度分布、光谱、偏振、时间)可以通过散射器编码为一个快照斑点模式,并随后以2.5%的采样率使用压缩感知算法进行解码,消除了多扫描过程的需要。 我们进一步证明,我们的方法可以灵活地在5D和选择性减少维度的成像之间切换,提供了一种有效降低计算资源需求的方法。 我们的工作为快照多维成像提供了一个紧凑、经济且多功能的框架,并为在医学成像、遥感和自主系统等领域的新型成像系统设计开辟了新的机会。
摘要: Snapshot multi-dimensional imaging offers a promising alternative to traditional low-dimensional imaging techniques by enabling the simultaneous capture of spatial, spectral, polarization, and other information in a single shot for improved imaging speed and acquisition efficiency. However, existing snapshot multi-dimensional imaging systems are often hindered by their large size, complexity, and high cost, which constrain their practical applicability. In this work, we propose a compact lensless diffuser camera for snapshot multi-dimensional imaging (Diffuser-mCam), which can reconstruct five-dimensional (5-D) images from a single-shot 2D recording of speckle-like measurement under incoherent illumination. By employing both the scattering medium and the space-division multiplexing strategy to extract high-dimensional optical features, we show that the multi-dimensional data (2D intensity distribution, spectral, polarization, time) of the desired light field can be encoded into a snapshot speckle-like pattern via a diffuser, and subsequently decoded using a compressed sensing algorithm at the sampling rate of 2.5%, eliminating the need for multi-scanning processes. We further demonstrate that our method can be flexibly switched between 5D and selectively reduced-dimensional imaging, providing an efficient way of reducing computational resource demands. Our work presents a compact, cost-effective, and versatile framework for snapshot multi-dimensional imaging and opens up new opportunities for the design of novel imaging systems for applications in areas such as medical imaging, remote sensing, and autonomous systems.
评论: 10页,7图
主题: 光学 (physics.optics) ; 仪器与探测器 (physics.ins-det)
引用方式: arXiv:2507.13813 [physics.optics]
  (或者 arXiv:2507.13813v1 [physics.optics] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.13813
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Baolei Liu [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 7 月 18 日 10:48:23 UTC (3,110 KB)
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