广西信息功能材料与智能信息处理重点实验室在基于改进型萨瓦偏光镜的时空调制穆勒矩阵成像技术(TSM-MMIP)取得新进展

发布时间:2025-12-19文章来源:成果奖励 浏览次数:

广西信息功能材料与智能信息处理重点实验室曹奇志研究员与张晶教授团队在偏振成像领域取得突破。该团队针对传统分时调制与快拍空间调制技术的局限性,提出了一种基于改进型萨瓦偏光镜的时空调制穆勒矩阵成像偏振仪(TSM-MMIP)。该技术通过四次测量即可重构16个穆勒矩阵元素,显著提升了测量效率与成像信噪比。相关成果已发表于光学领域国际权威Top期刊《Optics Express》。


穆勒矩阵偏振测量技术作为一种非侵入、无标记的光学检测手段,能够全面获取目标物的偏振相关信息与微观结构特征,在生物医学与工业检测中应用广泛。然而,现有的测量方法长期面临技术权衡难题:传统的分时调制方法虽精度较高,但通常需不少于16次测量,存在数据采集耗时较长、易受运动部件累积误差影响等缺陷;而快拍空间调制方法虽能实现单次曝光成像,却面临空间分辨率受限及解调算法复杂、计算量大的挑战。如何在大视场下实现快速、高精度的全穆勒矩阵测量,是当前偏振光学领域亟待解决的关键科学问题。


针对上述挑战,本实验室研究团队创新性地提出了一种时空调制穆勒矩阵成像偏振仪(Tempo-spatially modulated Mueller matrix imaging polarimeter, TSM-MMIP)方案。该系统以改进型萨瓦偏光镜(Modified Savart Polariscopes)为核心调制器件,成功整合了时间调制与空间调制的技术优势。团队通过设计四种不同偏振态的入射光照射目标,仅需四次测量即可完成对全部16个穆勒矩阵元素图像的高效重构。与传统方法相比,该架构不仅通过减少测量次数有效降低了由运动部件引入的系统误差并缩短了测量时间,同时大幅减少了单幅图像的解调通道数,从而降低了相邻通道间的串扰与算法复杂度,为穆勒矩阵参数的解析提供了更具针对性的优化解。


实验验证表明,该TSM-MMIP系统展现出优异的成像性能。数据显示,该方法输出与输入穆勒矩阵元素的结构相似性(SSIM)均超过0.85,峰值信噪比(PSNR)高于26dB。在以蜜蜂翅膀为生物样本的实测中,该系统成功解析了其复杂的微结构偏振特征,验证了其在复杂环境下的适用性。相关研究成果以“Tempo-spatially modulated Mueller matrix imaging polarimeter based on modified Savart polariscopes”为题,发表于《Optics Express》。本研究由广西信息功能材料与智能信息处理重点实验室成员曹奇志研究员(第一作者)与张晶教授(通讯作者)主导完成,并获得了国家自然科学基金及中国科学院瞬态光学与光子技术国家重点实验室开放项目等资助,为复杂生物组织及工业材料的快速偏振分析提供了新的理论与技术支撑。


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