近期，中国科学院西安光学精密机械研讨所瞬态光学与光子技能国家重点试验室研讨员刘赤军课题组在光学随机共振弱光图画重构方面获得新开展，于11月4日在美国物理学会（APS）旗下期刊Physical Review Applied上以White-light image reconstruction via seeded modulation instability为题宣布论文，提出并验证了一种弱白光图画非线性重构办法，对散射噪声环境方针勘探有重要意义。
光学图画信号在散射介质中传输时易遭到强散射噪声搅扰，导致成像对比度和分辨率严峻下降。传统的弱光成像一般选用滤波等办法滤除部分散射光来进步成像质量，但往往在噪声滤除的一起会丢掉部分信号重量、丢掉图画细节信息，且当图画信号被强散射噪声彻底埋没时，提取和勘探弱光图画信号十分困难，传统弱光勘探技能显得力不从心。因而，探究开展新原理、新办法和新技能，完成被强噪声埋没的弱光信号提取和重构是弱光信号处理和勘探范畴亟待处理的基础科学问题和急需打破的重要技能瓶颈。
光学随机共振使用非线性光学效应使信号和噪声发作非线性耦合，在信号光诱导下散射噪声能量向信号搬运，抵达被测信号信噪比提高的意图，完成被强噪声埋没的弱光信号提取和重构。随机共振提醒了噪声一起的可使用性，推翻了人们长期以来以为“噪声有害”的观念，打破了只能经过消除噪声来提取信号的传统滤波观念，为弱光信号勘探拓荒了全新的办法和思路。
研讨团队根据非相干空域调制不稳定效应在理论和试验上初次证明了弱白光图画的光学随机共振重构，在非线性光学体系中使用弱白光信号激起强的种子调制不稳定性，经过耦合散射噪声完成本身增强和图画信噪比提高。成果标明不同波长的光具有不同的增益特性，且一起参加随机共振发作。一起证明了使用白光束异步勘探能更好地再现被散射噪声埋没的弱白光图画。比较于传统光学成像技能进步了弱光成像体系的勘探才能，促进了随机共振在非相干光学成像范畴的使用。
Physical Review Applied修改引荐宣布意见：作者证明了根据种子调制不稳定性随机共振的非线性图画康复办法。研讨标明整个光谱的信号形式具有不同的增益特性，而且一起促进随机共振发作。这项作业促进了非线性光学在天然或人工照明环境下白光成像范畴的使用。
此外，2019年，研讨团队在光学随机共振试验研讨方面还获得两项开展，别离宣布在世界期刊Optics Letters和Applied Physical Express上。
7月10日宣布在Optics Letters上题为Nonlinear reconstruction of weak optical diffused images under turbid water的文章，试验证明了根据空域调制不稳定性的随机共振可用于水下弱光图画信号重构。在进行水下光学成像时，水中悬浮物对蓝绿光图画信号存在随机散射的搅扰而引入了很多的前向和后向散射噪声，导致水下方针成像质量的严峻退化，图画对比度和分辨率大幅度的下降，图画变得模糊不清。现在较为老练的水下成像技能在按捺水下后向散射噪声方面发挥了活跃的效果，但关于前向散射噪声，因为信号和噪声同频且抵达成像勘探器的时刻共同，难以经过这些传统技能来消除前向散射噪声。因而亟待开展有用的水下光学成像技能，处理水下前向散射噪声引起的图画分辨率低的难题。
针对这样的一个问题，在前期作业基础上，研讨团队首先试验证明了根据空域调制不稳定性的光学随机共振可完成污浊水下被前向散射噪声埋没的弱光图画重构。在非线性光学体系中改动体系参数使得噪声和信号在晶体中发作光学随机共振，经过非线性耦合效果，前向散射噪声能量在图画信号诱导下向信号搬运，完成了高类似度的图画康复，进步了水下成像分辨率，该研讨为水下光学成像的开展供给了一种新办法。
1月4日宣布在Applied Physical Express上题为Reconstructing a scattered image via spatial cross-phase modulation instability in partially incoherent beams的文章，针对传统弱光成像办法难以有用勘探乘性噪声图画信号，以及自调制不稳定性随机共振重构图画高频信息丢掉的难题，提出了根据交叉调制不稳定性的弱光图画随机共振重构，建立了部分相干光噪声与信号耦合的不稳定性增益模型。发现经过耦合相干程度较低的加性噪声，待测信号能够得到更高的不稳定性增益，然后完成噪声光能量向信号光搬运。试验设计了乘性含噪信号和加性噪声的双光束耦合光路，优化加性噪声和乘性噪声相干长度完成了弱光图画重构，并证明该办法能够有用康复初始图画的形状概括等低频信息和边际细节等高频信息。
以上研讨作业得到国家天然科学基金和青岛海洋科学与技能试点国家试验室敞开基金项意图赞助。
图1.根据随机共振的弱白光图画重构成果随晶体外加电压的改变。左图：试验成果，右图：仿真成果
图2. 白光异步勘探图画重构成果随晶体外加电压的改变。左图：试验成果，右图：仿真成果
图3. 根据光学随机共振的污浊水下弱光图画重构成果随晶体外加电压的改变
图4. (a)原始图画，（b）乘性噪声埋没图画，（c）自调制不稳定性随机共振图画重构成果，（d）加性噪声和乘性噪声一起埋没图画，（e）晶体外加电压为100V时，图画重构成果，（f）外加电压为500V时，图画重构成果，（g）晶体外加电压为1000V，图画重构成果，（h）晶体外加电压为1500V，图画重构成果
来历：中国科学院西安光学精密机械研讨所
