НаверхРеволюция в фотографии: 1-пиксельная камера записывает голографическое видео на микроскопическом уровне!
Разработки Университета Кобе позволяют получать 3D-изображения движущихся объектов и изображения за пределами видимого спектра с помощью однопиксельного сенсора.
7:13
Команда из Университета Кобе в Японии и исследователь в области оптики Йонеда Нару представили разработки в области технологий захвата изображений: 1-пиксельный датчик, способный записывать 3D-изображения (голограммы) движущихся объектов — даже через рассеивающие свет среды, такие как биологическая ткань.
Сегодня голограммы обычно используются в качестве защитных элементов, например, в паспортах и банкнотах, и служат доказательством подлинности. Обычно они создаются с помощью лазерных интерференционных узоров. Однако в мире научной визуализации голография имеет большее значение.
Для биологической визуализации, применяемой в биомедицине, неврологии и клеточной биологии, ключевым моментом является наблюдение за движущимися структурами в 3D-формате, что является минимально инвазивным, то есть не повреждающим ткани.
Здесь существующие методы имеют свои ограничения. Понимание основных традиционных подходов и их пределов поможет объяснить, почему 1-пиксельная камера от Университета Кобе и исследователя Йонеды так важна.
1) FINCH (некогерентная корреляционная голография Френеля) использует быстрый 2D-датчик изображения, способный записывать видео, но работает только в условиях видимого света и требует чёткого, беспрепятственного обзора объекта
2) OSH (оптическая рассеивающая голография) использует однопиксельный датчик и может получать изображения через рассеивающие среды (например, ткани) даже от невидимых объектов.
Технология OSH кажется новейшей разработкой Университета Кобе, но вот в чём загвоздка: OSH может записывать только неподвижные объекты, что делает её непригодной для захвата движения.
Как сообщает журнал Optics Express, Университет Кобе решил преодолеть этот барьер. В сотрудничестве с компанией Yoneda была разработана технология, которая сочетает в себе скорость и возможности видеосистемы FINCH с проникающей способностью OSH.
Для этого команда создала 1-пиксельный датчик под микроскопом и использовала цифровое микрозеркальное устройство (DMD). DMD проецирует световые узоры на движущийся объект, что необходимо для восстановления голограммы по однопиксельному сигналу.
«Это устройство работает на частоте 22 кГц, в то время как у ранее использовавшихся устройств частота обновления составляла 60 Гц», — объясняет Йонеда. «Разница в скорости эквивалентна разнице между неспешной прогулкой пожилого человека и японским скоростным поездом».
Хотя частота кадров на экране прототипа ниже стандартной частоты в 20 Гц, команда Йонеды теоретически доказала, что их камера с разрешением 1 пиксель может достичь такой частоты. При использовании метода, называемого «разреженной выборкой», требования к данным снижаются за счет выборочного захвата частей изображения, а не всего его сразу.
Однако остаются нерешённые проблемы, в том числе необходимость повышения общего качества изображения. В настоящее время команда работает над оптимизацией проецируемых шаблонов и внедрением алгоритмов глубокого обучения для преобразования необработанных данных в более чёткие изображения.
Заглядывая в будущее, Йонеда видит применение этой технологии в минимально инвазивном трёхмерном биологическом наблюдении.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: ЛУЧШИЕ ВИДЕОКАМЕРЫ 2025 ГОДА: ИДЕАЛЬНЫЕ УНИВЕРСАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ НА ЛЮБОЙ БЮДЖЕТ
Подпишитесь на наши новости: