图像引导的计算全息波前整形：应对复杂成像挑战的一种快速且通用的解决方案。
发布时间：2024-10-21 09:24:12 阅读数： 16
传统光学显微镜下的细胞显微图像（左）和新技术处理后的图像（右）
耶路撒冷希伯来大学应用物理研究所的研究人员在《自然光子学》杂志上发表的一项研究提出了一种通过高散射介质进行非侵入性高分辨率成像的新方法。由 Ori Katz、Omri Haim 和 Jeremy Boger-Lombard 教授领导的研究小组介绍了一种基于全息技术的计算技术，该技术解决了光学成像领域的关键挑战，为医学成像、自动驾驶汽车和显微镜等不同领域的应用开辟了新的途径。
该研究引入了一种无导星方法，摒弃了对高分辨率空间光调制器（SLM）等传统工具或广泛测量的需求，使得通过复杂散射介质以前所未有的速度和精度成像成为可能。通过计算模拟波前整形实验，该新技术同时优化多个 “虚拟 SLM”，使系统在无需目标或散射模式先验信息的情况下重建高质量图像。
主要成就包括：一是高通用性和灵活性，该方法能校正超过 190000 个散射模式，仅使用 25 个全息捕获的、在未知随机照明下获得的散射光场。新技术提供多种成像模式的灵活性，涵盖外射照明、散射层的多共轭校正以及无透镜内窥镜等。二是减少计算和内存需求，与需计算整个反射矩阵的传统技术不同，这种创新方法大幅减少内存分配，加速成像过程，实现更快、更有效的复杂散射校正。三是跨领域应用，该研究证实了该技术在生物组织成像、多芯光纤内窥镜乃至声光断层扫描等多种领域的应用潜力，还有望在地球物理学、雷达和医学超声等领域提供解决方案。
Katz 教授表示：“我们很高兴能在成像技术中引入一种新方法，它可以通过高度散射的介质进行高分辨率成像，比当前技术水平少几个数量级的测量，且无需事先了解目标或昂贵设备。这项创新将挑战从物理硬件转移到计算优化，提供了一种自然并行的解决方案，可应用于许多领域。”
这项研究有可能改变科学研究和实际应用的关键领域，为复杂环境中的成像提供快速、非侵入性和高度适应性的解决方案。该团队已在探索未来方向，包括优化连续体积样品（如厚生物组织）的方法，并进一步减少所需全息图的数量。
