Szybkie, wszechstronne rozwiązania dla złożonych wyzwań związanych z obrazowaniem

Badanie przeprowadzone przez naukowców z Instytutu Fizyki Stosowanej Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie, opublikowane w: Fotonika Przyrodyprzedstawia nową metodę nieinwazyjnego obrazowania o wysokiej rozdzielczości za pomocą ośrodków silnie rozpraszających.

Zespół kierowany przez prof. Ori Katza, Omri Haima i Jeremy’ego Boger-Lombarda wprowadza technikę obliczeniową opartą na holografii, która pozwala sprostać kluczowym wyzwaniom w dziedzinie obrazowania optycznego i otwiera nowe drzwi do zastosowań w różnych obszarach, takich jak obrazowanie medyczne, autonomiczne pojazdów i mikroskopii.

W badaniu wprowadzono podejście wolne od gwiazd prowadzących, które eliminuje potrzebę stosowania tradycyjnych narzędzi, takich jak przestrzenne modulatory światła o wysokiej rozdzielczości (SLM) lub szeroko zakrojone pomiary, umożliwiając obrazowanie za pomocą złożonych ośrodków rozpraszających z niespotykaną szybkością i precyzją. Dzięki emulacji obliczeniowej eksperymentów z kształtowaniem czoła fali, ta nowa technika optymalizuje jednocześnie wiele „wirtualnych SLM”, umożliwiając systemowi rekonstrukcję obrazów o wysokiej jakości bez konieczności wcześniejszej informacji o celu lub wzorach rozpraszania.

Do kluczowych osiągnięć należą:

• Wysoka wszechstronność i elastyczność: metoda ta może skorygować ponad 190 000 rozproszonych trybów przy użyciu jedynie 25 holograficznie przechwyconych, rozproszonych pól świetlnych uzyskanych przy nieznanym losowym oświetleniu. Nowa technika zapewnia elastyczność w zakresie różnych metod obrazowania, w tym epi-iluminacji, wielokoniugatowej korekcji warstw rozpraszających i endoskopii bezsoczewkowej.

• Zmniejszone wymagania obliczeniowe i pamięciowe: W przeciwieństwie do konwencjonalnych technik, które wymagają obliczenia całych macierzy odbić, to innowacyjne podejście drastycznie zmniejsza alokację pamięci i przyspiesza proces obrazowania, umożliwiając szybszą i bardziej efektywną korekcję złożonego rozpraszania.

• Zastosowania w różnych dziedzinach: Badanie wykazało potencjał tej techniki do zastosowania w różnych obszarach, w tym w obrazowaniu tkanek biologicznych, wielordzeniowej endoskopii światłowodowej, a nawet tomografii akustooptycznej. Metoda ta może również zaoferować rozwiązania w takich dziedzinach, jak geofizyka, radar i ultrasonografia medyczna.

„Jesteśmy podekscytowani możliwością wprowadzenia nowego podejścia w technologii obrazowania, które umożliwia obrazowanie w wysokiej rozdzielczości za pomocą mediów silnie rozpraszających z pomiarami o rząd wielkości mniejszymi niż w przypadku stanu techniki, bez konieczności wcześniejszej znajomości obiektu docelowego lub drogiego sprzętu” – dodał. mówi prof. Katz. „Ta innowacja przenosi wyzwanie ze sprzętu fizycznego na optymalizację obliczeniową, oferując naturalnie równoległe rozwiązanie, które można zastosować w wielu dziedzinach”.

Badania mają potencjał, aby przekształcić kluczowe obszary badań naukowych i zastosowań praktycznych, oferując szybkie, nieinwazyjne i dające się łatwo dostosować rozwiązanie do obrazowania w złożonych środowiskach. Zespół już bada przyszłe kierunki, w tym optymalizację metody dla ciągłych próbek objętościowych, takich jak grube tkanki biologiczne, oraz dalsze zmniejszanie liczby wymaganych hologramów.