science >> Wetenschap >  >> Fysica

Quasi ruisvrije digitale holografie

Ruis afkomstig van de coherente aard van laserlicht is de plaag van digitale holografie, waardoor de kwaliteit van holografische afbeeldingen lager is dan die van conventionele foto's. Nutsvoorzieningen, Pasquale Memmolo van ISASI-CNR en medewerkers hebben dergelijke ruis praktisch geëlimineerd door een tweetraps algoritme te gebruiken dat zowel kwalitatieve als kwantitatieve verbetering vertoonde ten opzichte van recent ontwikkelde ruisonderdrukkingstechnieken. Vooral, het algoritme verminderde ruis in achtergrondgebieden met 98 procent en in signaalgebieden met 92 procent.

Digitale holografie is een krachtige beeldvormingstechniek voor 3D-zicht- en weergavesystemen. Echter, het gebruik van coherente lichtbronnen introduceert vervelende visuele verschijnselen, namelijk spikkelgeluid, een intrinsiek interferentie-effect door de laser. Dergelijke coherente ruis verslechtert de overeenkomstige reconstructiekwaliteit in holografische systemen ernstig. De vermindering van de lichtcoherentie, door de laserbron te ontwerpen of door meerdere hologrammen op te nemen en te combineren, waren de twee belangrijkste technieken om dit probleem aan te pakken. Vooral, multi-look digitale holografie (MLDH) is een van de meest efficiënte technieken om de kwaliteit van zowel de numerieke als optische reconstructies te verbeteren. Hoe dan ook, er zijn verschillende methoden voorgesteld om de ruis van hologrammen te verminderen door geavanceerde processen te implementeren, die typisch worden toegepast op numerieke reconstructies van digitale hologrammen voor verbetering van beeldvisualisatie. Er zijn zeer weinig methoden ontwikkeld om rechtstreeks op opgenomen hologrammen te werken om de kwaliteit te verbeteren.

Onder deze methoden, 3-D block matching filtering (BM3D) heeft zeer krachtige ruisonderdrukkingscapaciteiten aangetoond op het gebied van digitale beeldverwerking, door middel van een blokgroepering en collaboratieve filterstrategie. Echter, deze methode vereist een bepaald niveau van de initiële signaal-ruisverhouding (SNR) van afbeeldingen die moeten worden verwerkt; anders, er kan een verkeerde groepering optreden, vermindering van de kwaliteit van de wederopbouw. Om deze beperking te overwinnen, voorlopige filtering wordt meestal gebruikt in het geval van afbeeldingen met een lage SNR, zoals in het geval van digitale hologrammen.

De onderzoekers voerden een gezamenlijke actie van MLDH uit, groeperen en collaboratieve filtering. De techniek zorgt voor hoogwaardige numerieke reconstructies in digitale holografie. Ze verwijzen naar deze voorgestelde methode als MLDH-BM3D. Vooral, MLDH pre-processing bereikt de verbeterde groeperingsstap, zorgen voor betere werkomstandigheden voor de iteratieve verwerkingsblokken van de gezamenlijke schaarse 3D-filtering. Ze toonden aan dat MLDH en BM3D kunnen worden beschouwd als complementaire stappen, het mengen van slimme optische opnamemethoden en numerieke verwerking. De aanpak werkt efficiënt voor digitale holografie van zowel enkele als meerdere golflengten, het bereiken van ruisonderdrukking tot 98 procent, waardoor holografische 3D-reconstructies van zeer hoge kwaliteit worden gedemonstreerd die als "ruisvrij" voor het menselijk zicht kunnen worden beschouwd.

Dit indrukwekkende resultaat kan de weg vrijmaken voor de volgende generatie holografische beeldvormingssystemen op basis van lasertechnologie.