科學(xué)家開發(fā)了一種方法，可以從分散在大部分不透明材料上的單次曝光中提取彩色圖像，這項技術(shù)在天文學(xué)等的廣泛領(lǐng)域都有應(yīng)用，其研究發(fā)表在《Optica》上。

杜克大學(xué)電氣和計算機工程副教授邁克爾?格姆(Michael Gehm)表示：其他研究人員已經(jīng)能夠從散射光中重建彩色圖像，但這些方法必須犧牲空間分辨率，或者預(yù)先要求對散射體進行表征，而這通常是不可能的，但新方法避免了所有這些問題。

當(dāng)光線通過半透明材料時散射開來，在沒有信號的電視屏幕上出現(xiàn)“斑點”圖案看起來就像靜態(tài)的一樣隨機。但它不是隨機的，因為來自物體某一點的光經(jīng)過路徑與來自相鄰點的光非常相似，所以每個點的散斑圖看起來非常相似，只是稍微移動了一下。有了足夠多的圖像，天文學(xué)家過去常常利用這種“記憶效應(yīng)”現(xiàn)象，在湍流的大氣中創(chuàng)造出更清晰天空圖像，只要被成像的物體足夠密集，隨著自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這種技術(shù)逐漸失寵。

自適應(yīng)光學(xué)通過使用可調(diào)反射鏡來補償散射來完成同樣的工作，因為現(xiàn)代相機一次可以記錄數(shù)億像素，所以只需要一次曝光就可以完成統(tǒng)計。這種方法雖然可以重建散亂的圖像，但在色彩方面存在局限性，由不同波長產(chǎn)生的斑紋圖案通常是不可能彼此分開。由格姆實驗室的博士生李曉涵(音譯)、電子與計算機工程副教授喬爾?格林伯格(Joel Greenberg)和格姆共同開發(fā)的新記憶效應(yīng)成像方法，突破了這一局限，訣竅是使用編碼孔徑，然后是棱鏡。

編碼孔徑基本上是一個過濾器，能讓光通過某些區(qū)域，但不允許以特定的模式通過其他區(qū)域。當(dāng)編碼孔徑對散斑進行“標(biāo)記”后，散斑會通過一個棱鏡，使不同頻率的光相互傳播。這使得編碼光圈的圖案相對于探測器捕捉到的圖像有輕微偏移，移動的量與通過的光顏色直接相關(guān)。與正在拍攝圖像的整體大小相比，這種變化很小，而且由于探測器對顏色不敏感，造成了一個混亂的組合。但這種變化足以給算法提供一個立足點，從每種顏色中梳理出單獨的斑紋圖案。

從中可以弄清楚每種顏色對應(yīng)的物體是什么樣子。研究人員表示，通過聚焦與紫色、綠色和紅色三種色調(diào)對應(yīng)的五個光譜通道，該技術(shù)可以重建一個充滿微妙的粉紅、黃色和藍色的字母“H”。除了這個困難的原理證明，研究人員相信該方法可以在天文學(xué)等領(lǐng)域找到應(yīng)用。在天文學(xué)中，來自天文現(xiàn)象光的顏色含量包含有關(guān)于其化學(xué)成分的有價值信息，并且斑點常常是由于光被大氣扭曲而產(chǎn)生。同樣，在生物學(xué)領(lǐng)域，顏色可以告訴研究人員正在成像的分子組成，或者它可以用來識別用熒光標(biāo)記標(biāo)記的生物分子。

博科園｜研究/來自：杜克大學(xué)

參考期刊《Optica》

DOI: 10.1364/OPTICA.6.000864

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