使用傅里葉疊層成像對運動物體進行高分辨率成像

近日，中國科學院合肥物質科學研究院王英儉教授領導的研究團隊提出了一種實現運動物體傅里葉疊層成像技術的高效方法，成功實現了遠距離運動物體的高分辨率成像。 相關研究結果發表在《Optics Express》上，并被列為編輯推薦。

實驗原理圖 傅里葉疊層成像技術將相位恢復算法與合成孔徑技術相結合，實現物體的高分辨率成像，可應用于微觀和宏觀成像領域。然而，其應用主要集中在靜止物體上，在實際場景中對運動物體的高分辨率成像留下了空白。

在這項研究中，通過對成像原理以及透鏡傅里葉變換特性的深入研究，發現在光照射區域內物體的運動體現為夫瑯禾費衍射場的相移，對衍射場中其他信息不產生影響，因此可通過圖像配準來消除相移影響。

利用單個小口徑成像相機探測序列低分辨的運動物體圖像，而后經配準之后可等價于物體靜止下探測的序列圖像，進而通過算法可重建出等效大口徑探測的高分辨圖像。 然而，使用擴展相干光源會帶來散斑干擾的挑戰，這可能導致物體信息丟失。 為了解決這個問題，研究人員不斷從同一相機位置收集多個移動物體的圖像。通過對這些圖像進行配準和平均，可以減輕散斑干擾的影響，從而提高圖像質量。利用單個小口徑成像相機實現了對于運動物體的高分辨成像，室內實驗獲取了等效2.5倍小口徑探測的高分辨運動物體圖像。

實驗結果圖 這項研究標志著單相機傅里葉疊層成像首次應用于運動物體，從而實現了此類場景下的高分辨率成像。這些發現代表了一項重大的技術突破，擴展了傅里葉疊層成像的應用潛力，為該領域開辟了新的可能性。