(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210406253.3 (22)申请日 2022.04.18 (71)申请人 中山大学 地址 510275 广东省广州市海珠区新港西 路135号 (72)发明人 沈乐成　伍代轩　王峥洋　邹冬冬　 (74)专利代理 机构 广州粤高专利商标代理有限 公司 44102 专利代理师 牛念 (51)Int.Cl. G01N 21/84(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G06F 17/18(2006.01) (54)发明名称 一种传输矩阵测量方法及系统 (57)摘要 本发明属于光场调控技术领域， 更具体地， 涉及一种传输矩阵测量方法及系统， 所述方法包 括利用随机概率密度函数分布 生成探测矩阵， 并 预加载到空间光调制器； 激光器发出连续的成像 光源， 成像光源经第一立方体偏振分束器分束 后， 得到的部分成像光源经空间光调制器的探测 矩阵进行随机概率相位整形后输入散射介质； 空 间光探测器捕捉经散射介质输出的成像光源， 探 测得到光强空间分布数组并转换为电信号输入 至信号采集处理系统； 信号采集处理系统根据探 测矩阵与光强空间分布数组构建非线性模型， 随 后构建关于非线性模型的损失函数模 型， 迭代逼 近损失函数模 型的全局最优解， 得到待测传输矩 阵。 本发明可大幅度减少测量次数， 计算较为简 单， 测量速度较高。 权利要求书1页 说明书7页 附图2页 CN 114778539 A 2022.07.22 CN 114778539 A 1.一种传输矩阵测量系统， 其特征在于， 包括顺 次连接的激光器、 第 一立方体偏振分束 器、 空间光调制器、 散射介质、 空间光探测器， 还包括第一光挡及与空间光调制器及空间光 探测器均电连接的信号采集处理系统， 所述第一光挡与所述第一立方体偏振分束器的一个 输出端相连。 2.根据权利要求1所述的一种传输矩阵测量系统， 其特征在于， 还包括高倍物镜以及光 学透镜系统， 所述高倍物镜设置于所述散射介质的输入端， 所述光学透镜系统设置于所述 第一立方体偏振分束器的输入端。 3.根据权利要求1所述的一种传输矩阵测量系统， 其特征在于， 还包括半波片， 所述半 波片设置 于所述激光器的输出端。 4.根据权利要求2或3所述的一种传输矩阵测量系统， 其特征在于， 还包括起偏器和检 偏器， 所述 起偏器设置 于所述高倍物镜的输入端， 所述检偏器设置 于散射介质的输出端。 5.根据权利要求4所述的一种传输矩阵测量系统， 其特征在于， 还包括光阑， 所述光阑 设置于所述检偏器的输入端。 6.一种传输矩阵测量方法， 包括以下步骤： 信号采集处理系统利用随机概率密度函数分布生成探测矩阵， 并预加载到空间光调制 器； 激光器发出 连续的成像光源； 成像光源经第一立方体偏振分束器分束后， 一部分成像光源输入第一光挡被阻挡， 另 一部分成像光源经空间光调制器的探测矩阵进行随机概 率相位整形后输入散射介质； 空间光探测器捕捉经散射介质输出的成像光源， 探测得到光强空间分布数组并转换为 电信号输入至信号采集处 理系统； 信号采集处理系统根据 所述探测矩阵与光强空间分布数组构建非线性模型， 随后构建 关于非线性模型 的损失函数模型， 迭代逼近所述损失函数模型 的全局最优解， 得到待测传 输矩阵。 7.根据权利要求6所述的一种传输矩阵测量方法， 其特征在于， 所述随机概率密度函数 分布为窄带均匀随机分布、 高斯随机分布、 拉普拉斯随机分布、 玻尔兹曼随机分布中的一 种。 8.根据权利要求6所述的一种传输矩阵测量方法， 其特征在于， 所述空间光调制器的调 制策略为像素捆绑超像素。 9.根据权利要求6所述的一种传输矩阵测量方法， 其特征在于， 所述构建关于非线性模 型的损失函数模型 具体为基于振幅流的基础构建损失函数模型。 10.根据权利要求6至9任一项所述的一种传输矩阵测量方法， 其特征在于， 所述迭代逼 近所述损失函数模型的全局最优解具体为利用梯度下降法进行迭代更新， 得到全局最优 解。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114778539 A 2一种传输矩阵测量方 法及系统 技术领域 [0001]本发明属于光场调控技 术领域， 更 具体地， 涉及一种传输矩阵测量方法及系统。 背景技术 [0002]成像本质是将待测样品一一对应的空间信息获取下来进行图像重构， 其中光学成 像有着高分辨率、 高对比度、 非侵入式以及无伤害的特点， 其应用场景较广泛。 而光学成像 过程中， 会不可避免的在成像前后经过一些复杂介质或系统(如远距离穿云透雾或穿透生 物厚组织)， 产生各种吸收、 折射、 衍射或散射的情况， 从而破坏成像所以来的一一对应关 系， 扰乱光学成像的信息， 以至于成像失真甚至劣化成无法分辨的散斑。 此现象可通过光场 调控技术解决， 光场调控即通过改变入射光的波前分布情况， 从而 改变它经过复杂系统的 传输路径， 实现扰乱的预补偿以及畸变恢复。 [0003]目前， 光场调控技术有三种类别， 即基于反馈的波前整形技术、 基于传输矩阵测量 的波前整形技术以及基于时间反演测量的波前整形技术。 其中， 基于反馈的波前整形技术 需要在整个过程中不断跟踪， 实现过于缓慢， 且最终只能得到想要的波前控制分布而无法 对复杂系统进行深入研究； 基于时间反演测量的波前整形技术整体系统搭建复杂， 只能得 到散射畸变前的波前分布而无法对复杂系统进行深入研究； 而基于矩阵测量的波 前整形技 术可以深入了解并把控散射介质， 得到散射畸变扰乱后的一一对应关系， 也就是传输矩阵， 测量出传输矩阵后， 可在测量后端实现成像解码或者任意 光产场分布。 [0004]目前， 对于相干光学成像， 处理振幅之外还着重于对相位进行图像重构或操控， 相 位信息不仅广泛应用于表面扫描、 适应性光学、 超 快光学等领域上， 在生物医药成像领域中 也有重大意义。 然而， 光学固有的超高速震荡(可达上千太赫兹)远远超过目前商业应用中 最高的测 量带框， 使目前 的信号直接测 量获取振 幅分布难以实现。 而传统的传输矩阵测量 需要通过空间光调制器进行输入端的波前调制， 并记录对应输出端的光场分布， 从而求解 出光学复杂系统中一一对应的相干光线性响应关系。 其中， 在输出端的光场测量， 都需要引 入而外的干涉壁进 行拍频相干， 从而恢复直接检测所不能恢复的相位。 复振幅光场的测量， 则需要运用相位调制中的三步相移、 四步相移 等进行计算获取， 这样的系统会较为复杂， 会 大大增加测量耗时， 重 建速度难以提升， 并且都不可避免地依赖额外的相干光的引入， 这对 于一些无法引用外部干涉路的系统， 如活体组织内窥镜、 长距离光纤传输系统等都无法获 得广泛应用； 而若去除外部干涉臂， 使用共轴干涉光进 行探测， 则会由于牺牲部 分传输模式 而难以对完整的传输矩阵进行准确 测量， 这在一些模式数有限的少模光纤中更为 严重。 [0005]为解决上述技术问题， 现有技术中通过无外部全息相干的直接检测来对完整的传 输矩阵进行预估， 其不需要外部干涉臂， 仅仅依靠内部复杂系统中的模式串扰的自相 干关 系， 即可从 中恢复出完整的传输矩阵。 但是直接检测会丢失相位信息， 其响应关系会从线性 响应关系变为复杂的非线性系统， 此时一般通过建立该非线性系统转化为准凸优化的模 型， 运用解凸优化问题的思想进 行迭代预估。 在信息量的角度上， 如果需要完整重 建自由度 具有N个通道的传输矩阵， 由于光场复振幅 的振幅与相位信息， 一般需要2 N个未知信息的获说　明　书 1/7 页 3 CN 114778539 A 3