透过散射媒质成像一直是光学成像领域中的重大挑战，它在许多应用场景中扮演着重要角色，如生物医学成像、天文成像等。在过去的数十年里，人们利用相干照明和非相干照明等方式分别对透过散射媒质成像进行了许多尝试。为了实现清晰成像，对隐藏目标的计算成像观点正逐渐引起关注，即通过主动控制照明方式，并辅以对媒质或目标物的先验知识，或者结合图像恢复的后处理流程来提取透过散射媒质的空间信息。这个观点的技术具现有干涉(如，全息)、非干涉、传输矩阵、主动波前整形和智能计算成像等形式。但是这些技术都需要复杂且稳定性要求严格的光学装置。随后，散斑自相关成像(SAI)、反卷积和互相关等技术手段被用于克服这些挑战。其中，散斑自相关成像凭借其只需拍摄一次，操作简单，低成本和无需校正的优势，获得了研究人员的极大关注。然而，尽管目标图像被散斑自相关成像恢复了，但是它的方向却是未知的(因为相位复原时的随机起始猜测和不确定性迭代)。由于光子透过散射媒质时的严重退化(degradation)和多次散射，在已知的这些成像策略里，从不将直接获得的散斑图案用于成像，散斑被认为是一种分辨不出什么目标的杂乱图案。
散斑自相关成像：speckle autocorrelation imaging, SAI
基于此，中科院雄安创新研究院的Jietao Liu(一作)和沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的Qiaoqiang Gan(通讯)等人从理论上分析出一次拍摄散斑图像中实际上存在裸眼能直接观测的清晰自成像，无需耗时的图像采集和计算重建，并通过实验证明其结论。
(1) 自成像依据。散斑的自相关实际上是目标物的自相关，具有强度拉伸但没有背景项和串扰。由目标与散斑之间的这种关系得到启发，可将扩散片建模为具有随机相位掩膜的随机分布透镜集合。因此，散斑可以被视为目标物被扩散片调制的自成像的累积随机自我复制(平移、放缩后的自我复制物再经过退化、像差、渐晕后的累加结果构成散斑)。因此，在扩散片进行相位调制后，可以找到部分或完整的图像(即热点)，即可以轻松识别在杂乱的散斑背景中出现清晰的目标物自成像(现象一直存在，由于需要对局部放大才能观测到，所以才一直被忽视)。
图1
(2)对比度提升。根据非相干成像和散斑光谱相关特性，高对比度的散斑可以通过使用窄带宽光源实现。图2是白光LED和窄带LED自成像对比。
图2
(3)图像质量提升。尽管直接观测到的图像可以媲美大多数基于SAI的重建结果。但还是不如基于预校准或多帧采集技术的重建结果。因此，进一步的图像后处理仍然有效。使用改进的SAI方法，将散斑中清晰的单元看作聚焦图像，将暗淡的单元看作离焦图像。引入散斑的典型同态滤波的强度拓展，同时考虑聚焦单元和离焦单元中编码的信息，有助于散斑自相管的结构精细化。
图3
附录：
参考文献：Liu, J., Yang, W., Song, G. et al. Directly and instantly seeing through random diffusers by self-imaging in scattering speckles. PhotoniX 4, 1 (2023).
DOI：https://doi.org/10.1186/s43074-022-00080-2
