使用傅里叶叠层成像对运动物体进行高分辨率成像

近日，中国科学院合肥物质科学研究院王英俭教授领导的研究团队提出了一种实现运动物体傅里叶叠层成像技术的高效方法，成功实现了远距离运动物体的高分辨率成像。 相关研究结果发表在《Optics Express》上，并被列为编辑推荐。

实验原理图 傅里叶叠层成像技术将相位恢复算法与合成孔径技术相结合，实现物体的高分辨率成像，可应用于微观和宏观成像领域。然而，其应用主要集中在静止物体上，在实际场景中对运动物体的高分辨率成像留下了空白。  

在这项研究中，通过对成像原理以及透镜傅里叶变换特性的深入研究，发现在光照射区域内物体的运动体现为夫琅禾费衍射场的相移，对衍射场中其他信息不产生影响，因此可通过图像配准来消除相移影响。
 

利用单个小口径成像相机探测序列低分辨的运动物体图像，而后经配准之后可等价于物体静止下探测的序列图像，进而通过算法可重建出等效大口径探测的高分辨图像。   然而，使用扩展相干光源会带来散斑干扰的挑战，这可能导致物体信息丢失。   为了解决这个问题，研究人员不断从同一相机位置收集多个移动物体的图像。通过对这些图像进行配准和平均，可以减轻散斑干扰的影响，从而提高图像质量。利用单个小口径成像相机实现了对于运动物体的高分辨成像，室内实验获取了等效2.5倍小口径探测的高分辨运动物体图像。

实验结果图 这项研究标志着单相机傅里叶叠层成像首次应用于运动物体，从而实现了此类场景下的高分辨率成像。这些发现代表了一项重大的技术突破，扩展了傅里叶叠层成像的应用潜力，为该领域开辟了新的可能性。