Onlangs heeft een onderzoeksteam onder leiding van prof. Wang Yingjian van het Hefei Institute of Physical Science (HFIPS) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) een efficiënte methode voorgesteld om Fourier ptychografische beeldtechnologie voor bewegende objecten te implementeren, waarmee met succes beeldvorming met hoge resolutie werd bereikt van bewegende objecten op afstand.

De gerelateerde resultaten zijn gepubliceerd in Optics Express en aanbevolen als Editor's Pick.

Fourier ptychografische beeldtechnologie combineert faseherstelalgoritmen en synthetische apertuurtechnologie om beeldvorming met hoge resolutie van objecten te bereiken, die kan worden toegepast op zowel microscopische als macroscopische beeldvelden. De toepassing ervan heeft zich echter vooral geconcentreerd op stationaire objecten, waardoor er in praktische scenario's een leemte is ontstaan ​​in de hoge-resolutie beeldvorming van bewegende objecten.

In dit onderzoek ontdekte het team, door zich te verdiepen in het beeldvormingsprincipe en de Fourier-transformatiekarakteristieken van lenzen, dat beweging van objecten binnen het verlichtingsgebied een faseverschuiving veroorzaakte in het Fraunhofer-diffractieveld, terwijl andere informatie onaangetast bleef. Door gebruik te maken van beeldregistratietechnieken kan deze faseverschuiving worden geëlimineerd.

De voorgestelde methode maakte gebruik van een enkele beeldcamera met een klein diafragma om opeenvolgende beelden met een lage resolutie van bewegende objecten vast te leggen. Door middel van registratie werden deze opeenvolgende beelden behandeld alsof ze onder stationaire omstandigheden waren vastgelegd. Vervolgens maakten geavanceerde algoritmen de reconstructie mogelijk van beelden met een hoge resolutie die gelijkwaardig waren aan de beelden verkregen met detectie met een groot diafragma.

Het gebruik van uitgebreide coherente lichtbronnen introduceert echter de uitdaging van spikkelinterferentie, wat kan resulteren in het verlies van objectinformatie.

Om dit aan te pakken verzamelden onderzoekers voortdurend meerdere beelden van bewegende objecten vanuit dezelfde camerapositie. Door deze beelden te registreren en te middelen, werd de impact van spikkelinterferentie verzacht, wat leidde tot een verbeterde beeldkwaliteit. Bij experimenten binnenshuis slaagde een enkele beeldcamera met een klein diafragma erin om bewegende objecten in hoge resolutie in beeld te brengen, wat beelden opleverde die gelijkwaardig waren aan de beelden die werden verkregen met detectie met een 2,5 keer groter diafragma.

Dit onderzoek markeerde de eerste toepassing van Fourier-ptychografische beeldvorming met één camera op bewegende objecten, waardoor beeldvorming met hoge resolutie in dergelijke scenario's mogelijk werd. De bevindingen vormden een belangrijke technologische doorbraak, waardoor het toepassingspotentieel van Fourier-ptychografische beeldvorming werd vergroot en nieuwe mogelijkheden op dit gebied werden geopend.

Meer informatie: Runbo Jiang et al., Long-range Fourier ptychografische beeldvorming van het dynamische object met een enkele camera, Optics Express (2023). DOI:10.1364/OE.498226

Journaalinformatie: Optica Express

Aangeboden door Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academie van Wetenschappen