一、概念

在一般常见的散射介质中，光子在被散射时表现为弹性散射。光在通过这类随机散射介质时没有发生能量的损失。此时光穿过散射介质的过程可以被看作为，光子随机碰到散射介质中的颗粒并被其影响了传播方向。虽然光子在碰到散射颗粒后新的传播方向是随机的，但是其也是符合概率分布的。整体来看，光子经过散射后的再发射都有很高前向概率。为了研究这种散射特性，人们将随机散射介质中光子连续两次散射间所传播的距离定义为：散射平均自由程（Scattering Mean Free Path, SMFP）。

光脉冲穿越散射介质后分别产生弹道光子（Ballistic）、蛇形光子（Snake）、散射光子（Diffusive）示意图[1]

根据光子在散射介质中传输的深度和散射平均自由程两者之间的关系将光子分成了以下三类：弹道光子、蛇形光子、散射光子，正如上图所示。

弹道光子是指光子的传输深度小于１个SMFP；此时可以近似的认为光子没有发生散射，即这部分光子的传输方向和光子进入散射介质的方向一致。如图中所示，弹道光子一直沿着轴向传播。弹道光子最大化的保留了原始物体携带的信息，此部分光经过成像系统可以对物体进行清晰的成像。

蛇形光子是指光子的传输深度大于5个SMFP且小于10个SMFP。此种情况表示光子在散射介质中经过了多次散射。这部分光子的传播方向相比光子进入散射介质的方向发生了轻微的偏移。如图中所示，蛇形光子主要为近轴传输，光子被轻微散射。虽然最终蛇形光子的传输不如弹道光子那样完全保留了物体的信息，但其仍包含着物体的部分信息。这些信息也可以用于对物体进行成像，只不过最终成像的清晰度被散射现象影响。

散射光子是指光子的传输深度大于10个SMFP。此种情况中，光子处于强散射区域，光子表现为完全随机特性。散射光子的传播方向已经完全不同于入射光方向。此时散射光子丢失了大部分的原始光携带的物体信息。对该部分光子成像，无法直接得到物体信息，只能得到由散射光之间干涉产生的散斑（Speckle）[2]。

参考文献

[1] R. R. Alfano, W. B. Wang, L. Wang, et al. Light Propagation in Highly Scattering Turbid Media: Concepts, Techniques, and Biomedical Applications [M]. Photonics. 2015: 367-412.
[2] 徐庆洹. 基于散斑相关性的穿越散射介质成像和追踪技术研究 [D]; 山东大学, 2020.

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▁▂▃▅▆▇ 博士研究生生 ，研究方向主要涉及定量相位成像领域，具体包括干涉相位成像技术(如**全息干涉☑**、散斑干涉☑等)、非干涉法相位成像技术(如波前传感技术☑，相位恢复技术☑)、此外，还对各种相位解包裹算法☑，相干噪声去除算法☑等开展过深入的研究。

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散射介质成像中弹道光子、蛇形光子、散射光子的概念

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一、概念

参考文献

散射介质成像中弹道光子、蛇形光子、散射光子的概念相关推荐

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