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通过散射层的无损单脉冲成像和反射散斑分布统计 作者：Ori Katz, Pierre Heidmann, Mathias Fink , Sylvain Gigan 前言：通过内部复杂的样本的光学成像在很多领域有着重要的应用，是一个很难的挑战。最基本的问题是不同种类的样本如生物组织随机地散射和防止衍射限制的图像的形成的散开的光。尽管最近很多进展，但没有通用的方法可以完成用散射光实时的进行无损成像。在这里，我们分析表明，由于斑点统计的记忆效应，一个单一的高分辨率的散射光成像用一个标准的照相机捕获，编码足够的信息通过看得见的不透明的层面板（透射）和周围分辨率受衍射限制的地区成像（反射）。我们用实验的方法证明通过散射介质和漫反射介质用空间的非相干光多种样本（从白色颜料到动态的生物样本）的单脉冲成像，我们单脉冲的无透镜技术是很简单的，它即不要求波前整形也不需要时间控制或干涉检测，而且用一个照相手机也可以被实现。它在一般难达到的情况下成像有一个的潜力。 正文：衍射限制光学成像是一个在很多研究领域都必不可少的工具。然而很不幸，复杂样本的固定不均匀性如生物组织引起的光散射，它导致任何光束通过散射介质后散射开来形成一个复杂的散斑图，它限制了光学成像技术的分辨率（清晰度）和渗透深度（透过率）。很多用来克服这一基本的也很有实际意义的问题的方法在这些年中被提出。这些方法是在激光发明之后的这几年，随着在全息术方面的开创性实验进行而被提出来的。然而，迄今为止，没有任何方法允许用扩散的光实时的进行无损成像。基于只用不扩散的激光的现代技术，如光学相干断层成像术和双子显微镜，已被证实是非常有用的，但是它在一个可测量不扩散光子的总量时提出在使深度变浅时存在固有的限制。自适应光学技术可以接近完美地用可变形的镜子调整低阶像差，但是需要一个明亮的点光源作为“导星”出现或者有一个高初始图像对比。最近在控制波前整形方面（波前调制法）令人兴奋的进展认可了通过高度散射样本聚焦和成像。然而，这些技术要么需要最初接近散射介质的两边，要么需要一个导星或者一个已知的目标的存在，要么需要包含大量的光的投影模式的一个长期获得的连续的序列。最近的一次由Bertolotti发表了一篇突破性的方法报道（《Non-invasive imaging through opaque scattering layers》）这篇报道是关于一个引导光源或利用固有的角度散斑模式的相关性校准过的序列来扫描目标对象。然而，一个相干激光束的一组高分辨率角扫描的必要条件约束了这一方法在目标和散射介质上要在长期的获取过程中保留完全的固定。 介绍一技术，这技术运用通过可视不透明的散射介质的以及漫反射介质反射的杂散光和一个标准数码像机实现了隐藏目标的无损成像。我们展示了一个杂散光通过一个散射介质后，变成一个编码了足够信息的像，它是一个伴随衍射受限分辨率的单一成像。特别地，来源于应用了“散斑干涉法”和角度散斑相关的“记忆效应”利用Bertolotti的技术。我们展示了散射光图案的自相关本质上是和目标自身成像的自相关是相同的。然后我们运用一个反复的算法，经过它自身的相关干涉重现目标的像。作为概念的一个证据，我们通过用多种多样的通过动态的变化的生物组织的散射光的高散射样本，用实验的方法论证了我们的单脉冲无损成像技术。另外，我们通过记录散射光打到接收屏上反射回来光展现了周围地区的像。 原理 一个通过散射介质成像的实验的原理图，也是一个数字化的例子被呈现在a-d中。 图一|透过强散射介质的通过散斑相关法的单脉冲成像：理论和数值的例子。a，实验装置。一个目标（一组细胞在数值上的例子）被隐藏在一个可视不透明的散射介质后。目标被一个空间非相干窄带光源照明且一个高分辨率相机在散射介质的另一边记录了散射光的模式。b.未加工的相机图像，I(θ)。在记忆效应范围内，这个像被带有一个随机的散射模式S(θ)和目标强度模式O(θ)的卷积给出。C.看似原始信息很少的自相关，，是本质上统一与目标的自相关(g)的，好像它被一个不正常的光学系统代替散射介质成的像一样（e-g）。作为散斑模式的大幅峰值的自相关的结果。d.目标的像被从b中的自相关通过迭代的相位复原算法获得。比例尺：30像素。 一个目标被放置在一个宽为L的高散射介质后u处。这个目标被一个空间的非相干窄带光源照明，且一个高分辨率相机被放置在散射介质的另一侧距离为v处，这个像机记录通过散射介质后被散射的散射光的图案。虽然未加工的像机纪录下来的图案是一个低对比的、随机的、看起来似乎信息很少的图像，但是它的自相关在本质上是和目标的自相关是相同的，好似它被一个可以取代该散射介质的非序列的衍射受限光学系统成像。 散射光的自相关在本质上统一与目标的自相关的原理是固有的发生角“记忆效应”的斑点互相关的性质。简单地说