Opto-elektronische wetenschap heeft een studie gepubliceerd die infrarood microspectroscopie uitbreidt met de Lucy-Richardson-Rosen computationele reconstructiemethode.

Computational imaging-technologieën hebben de kosten van beeldvormingssystemen aanzienlijk verlaagd en tegelijkertijd hun prestaties aanzienlijk verbeterd, zoals driedimensionale beeldvorming, multispectrale beeldvorming met een monochrome sensor, enz. Echter, computationele beeldvormingsmethoden zijn niet vrij van uitdagingen. De meeste, zo niet alle computationele beeldvormingsmethoden vereisen speciale optische modulatoren zoals verstrooiingsplaten, Fresnel-zone-openingen en gecodeerde openingen die elk objectpunt in een speciale intensiteitsverdeling in kaart brengen. Een computationele methode reconstrueert de geregistreerde intensiteitsverdeling in multispectrale, multidimensionale beelden. Aangezien het een tussenliggende reconstructiestap betreft, worden computationele beeldvormingsmethoden indirecte beeldvormers genoemd, terwijl conventionele op lenzen gebaseerde beeldvormingssystemen directe beeldvormers zijn. De behoefte aan speciale optische modulatoren in computationele beeldvorming is te wijten aan de beperkingen in de reconstructiemechanismen. Bovendien is de kwaliteit van de reconstructie nooit van het niveau geweest van een lensgebaseerde imager, ook al kunnen de bovenstaande rekenmethoden meer informatie opleveren dan conventionele lensgebaseerde imagers.

In dit onderzoekswerk is een nieuwe computationele holografiemethode ontwikkeld door twee bekende deconvolutiemethoden te combineren, namelijk het maximale waarschijnlijkheidsalgoritme ontwikkeld door Lucy en Richardson en niet-lineaire correlatie ontwikkeld door Rosen. Dit Lucy-Richardson-Rosen-algoritme is in staat om intensiteitsverdelingen te deconvolueren die zijn verkregen van directe imagers zoals Cassegrain-objectieven. Deze ontwikkeling verbindt directe en indirecte beeldvormingsmethoden met een grote impact. Wanneer aan de afbeeldingsvoorwaarde is voldaan, wordt een direct beeld van het object gevormd en wanneer de afbeeldingsvoorwaarde wordt verstoord, wordt de computationele reconstructiemethode toegepast. De nieuwe methode werd toegepast om chemische monsters in beeld te brengen in het infrarood microspectroscopiesysteem van de Australische synchrotron. Op basis van een enkele camera-opname van het chemische monster en de bekende driedimensionale puntspreidingsfuncties van de Cassegrain-objectieven, wordt een volledig driedimensionaal beeld van het chemische monster gegenereerd door het Lucy-Richardson-Rosen-algoritme.

De onderzoeksgroep van Prof. Saulius Juodkazis, de Swinburne University of Technology, heeft een nieuwe computationele holografietechniek ontwikkeld voor snelle beeldvorming van biochemische monsters. De infraroodmicrospectroscopie-eenheid maakt gebruik van een stikstofgekoelde kwik-cadmium-telluride-detector met één pixel, een scherp scherpstellend Cassegrain-objectieflenspaar en een puntsgewijze scanbenadering om tweedimensionale informatie van een monster vast te leggen. De scanmethode is tijdrovend en beperkt het aantal monsters dat kan worden bestudeerd tijdens een synchrotron beamtime-project.

In dit project werd de detector met één pixel vervangen door een focal point array-detector en werd een zwakkere Cassegrain-objectief gebruikt om de bundeldiameter in het monstervlak te vergroten. Deze methode maakte single-shot tweedimensionale beeldvorming van de monsters mogelijk. Computational imaging-methoden zoals gecodeerde apertuurcorrelatieholografie kunnen conventionele imagers transformeren in driedimensionale imagers.

In tegenstelling tot de vorige computationele beeldvormingsmethoden, kunnen in de voorgestelde methode directe beeldvorming en indirecte beeldvorming naast elkaar bestaan. Wanneer aan de afbeeldingsvoorwaarde is voldaan, gedraagt ​​het systeem zich als een directe beeldvormer, en wanneer niet aan de beeldvormingsvoorwaarde wordt voldaan, gedraagt ​​het systeem zich als een indirecte beeldvormer die computationele reconstructie vereist. Er is een nieuwe reconstructiemethode ontworpen door twee bekende reconstructiemethoden te combineren, namelijk het maximale waarschijnlijkheidsalgoritme ontwikkeld door Lucy en Richardson en de niet-lineaire reconstructiemethode ontwikkeld door Rosen. Het nieuwe Lucy-Richardson-Rosen-algoritme reconstrueerde driedimensionale informatie van monsters uit een enkele camera-opname van de monsters en maakte vooraf opgenomen driedimensionale puntspreidingsintensiteitsverdeling. Bijgevolg verbeterde de ontwikkelde methode de beeldsnelheid aanzienlijk met behulp van de infrarood microspectroscopie-eenheid.

Terwijl de nieuwe algoritme-ondersteunde computationele beeldvormingstechniek de conventionele infrarood microspectroscopie-eenheid heeft getransformeerd in een driedimensionale infrarood microspectroscopie-eenheid, bracht verder onderzoek naar het algoritme verrassende aspecten van het algoritme aan het licht. Het algoritme was in staat om talrijke deterministische optische velden significant beter te deconvolueren dan bestaande computationele reconstructiemethoden. Er wordt aangenomen dat het nieuwe reconstructie-algoritme een revolutie teweeg zal brengen op het gebied van computationele beeldvorming, waarbij verstrooiingsvelden kunnen worden vervangen door deterministische velden met een betere signaal-ruisverhouding en een lager fotonenbudget. + Verder verkennen

Onderzoekers gebruiken spookbeeldvorming om de chemische mapping van röntgenfluorescentie te versnellen