The nature of noise in single-pixel cameras and their application in imaging through scattering media

Abstract

Imaging through scattering media has been a longstanding issue in many scientific fields and several optical techniques have emerged to retrieve the information of objects hidden in highly scattering media. Single-pixel imaging (SPI) techniques have proved to be a potential approach for imaging through scattering media. In this context, the objective of this thesis has been to study the nature of noise in SPI and to address the challenge of recovering the image of an object hidden behind a scattering media using visible and NIR light. In particular, we have developed a numerical model of a single-pixel camera (SPC) taking into account the properties of both the incident light and the photodiode. Moreover, we have proposed a novel approach for imaging through scattering media that combines SPI techniques with Fourier spatial filtering. Finally, we have studied the properties of a SPC in reflection configuration for imaging through scattering media.

A pesar de los avances logrados en las últimas décadas, las técnicas convencionales de formación de imágenes aún fracasan al intentar adquirir la imagen de un objeto inmerso en un medio turbio. Sin embargo, las técnicas de imagen basadas en luz estructurada y detección con un solo píxel han probado ser una solución alternativa. El objetivo de esta tesis ha sido el estudio de la naturaleza del ruido de estas cámaras de un solo píxel y su aplicación en la formación de imágenes a través de un medio turbio empleando luz visible y radiación infrarroja. En particular, hemos desarrollado un modelo numérico para estas cámaras que tiene en cuenta tanto las propiedades de la iluminación como las del fotodiodo y hemos desarrollado una nueva cámara de un solo píxel basada en filtraje espacial de Fourier que mejora el contraste de las imágenes obtenidas a través de un medio turbio.