Разработан новый вычислительный метод, упрощающий создание голографических изображений. Это позволит экспертам получать качественные изображения без необходимости соблюдения жестких требований к условиям работы.
Голография – это метод записи информации, основанный на использовании явления интерференции волн. Наиболее распространенным является оптическая голография. Она предполагает создание голограмм – трехмерных изображений – с помощью световых волн. В отличие от фотографии, голография фиксирует не только амплитуду, но и фазу световой волны, что обеспечивает возможность сохранения изображения в трехмерном пространстве.
Голографические методы позволяют получать изображения в средах, характеризующихся сильным рассеянием, таких как биологические ткани и горные породы, где традиционные способы визуализации оказываются неэффективными.
«Путеводная звезда» (guide star) — точка отсчета или источник света, используемый для калибровки системы и коррекции искажений, возникающих при прохождении света через сложные или рассеивающие среды. Без путеводной звезды точность визуализации снижается. Более того, получение голографического изображения обычно требует использования системы лазеров с точно известными параметрами освещения объекта.
Группа израильских физиков Ори Кац (Ori Katz), Омри Хаим (Omri Haim) и Джереми Богер-Ломбард (Jeremy Boger-Lombard) ученые представили новый вычислительный метод создания изображений, основанный на голографии. Эта техника расширяет и упрощает возможности оптической визуализации в плотных средах ы благодаря вычислительному моделированию экспериментов по управлению волновым фронтом.
В представленной работе предлагается методика, которая не предполагает использование ориентиров» ( guide-star-free), что исключает потребность в высокоразрешающих пространственных световых модуляторах ( spatial light modulators, SLM) благодаря этому достигается получение изображений через сложные рассеивающие среды с беспрецедентной скоростью и точностью.
Новая техника позволяет одновременно оптимизировать несколько «виртуальных SLM», что позволяет системе реконструировать изображения высокого качества без предварительного получения данных об объекте, который изображается, или особенностях рассеивания света.
Метод обладает значительной универсальностью и гибкостью. Благодаря ему исследователям удалось внести коррективы более чем в 190 тысяч рассеивающих мод — отдельных путей распространения света в материале. Для этого было использовано всего 25 голографически зафиксированных полей рассеянного света, полученных при случайном освещении с неизвестными параметрами. Данный метод применим к различным видам визуализации, таким как эпи-освещение, многократная коррекция рассеивающих слоев и эндоскопия без линз.
Предлагаемая технология визуализации позволяет формировать изображения высокого разрешения, проходящие через среды с сильным рассеянием, используя значительно меньшее количество измерений по сравнению с существующими методами. Это достигается без предварительного знания параметров объекта и без использования сложного, дорогостоящего оборудования.
Исследователи уверены, что метод найдет применение в различных областях: биологической визуализации тканей, эндоскопии с использованием многожильного оптоволокна и акусто-оптической томографии, геофизике, радиолокации и медицинском ультразвуке. Исследование опубликовано в журнале Nature Photonics.