超强激光科学卓越创新简报
(第六百十三期)
2025年3月13日
上海光机所在频域直接采样的新型全息成像技术研究上取得进展
近期，中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部研究团队提出频域直接采样的新型全息成像技术。相关成果以“Fourier-inspired single-pixel holography”为题发表于Optics Letters。
数字全息术是一种利用干涉记录光场信息的技术。其中，离轴数字全息因能在原理上消除孪生像的影响，被广泛应用于成像、测量、显示、存储等领域。传统离轴数字全息采用面阵探测器记录全息图，然后再将有关目标光场的频谱选出。这种成像方式在记录目标像的同时也记录了冗余的零级像和孪生像。此外，由于宽光谱、高灵敏、高时空分辨面阵探测器难以制备，离轴数字全息技术也难以在特殊波段、低光照等极端条件下应用。
本研究基于离轴全息在谱域分离冗余信息的机制，结合傅里叶单像素成像技术可按需获取物体频谱的特点，通过使用特定频率的条纹图案对全息图进行编码，由高灵敏单像素探测器实现对目标光场傅里叶谱的直接采样，最后通过傅里叶逆变换获得目标光场信息（图1a,b）。此外，研究团队基于自编码架构对编码图案和图像增强模型进行智能设计（图1c），并使用迁移学习技术减少所需实验数据量（图1d）。最终，研究团队成功在7.5%的极限采样率下实现对相位型物体的成像（图2）。这一研究将全息术、关联成像、人工智能有机结合，为在特殊波段、低光照条件下开展高效相位探测提供了新思路，有望应用在散射成像、弱光成像等领域。
相关工作得到了国家自然科学基金和上海市扬帆计划的支持
图1（a）离轴全息图生成过程；（b）利用学习到的掩模选择的模式调制离轴全息图，并重构得到物体的过程；（c）预训练所用的联合优化网络结构；（d）利用实验数据的微调过程。
图2（a）实验装置图；（b）不同采样率下的原实验结果与神经网络处理后的实验结果；（c）相位真值，7.5%采样率下网络输入以及网络输出物体相位对比。
