Ученые из Корейского института передовых технологий разработали новый метод однокадровой фазовой визуализации. Технология позволяет реконструировать прозрачные объекты даже за движущимися препятствиями. Статья опубликована в журнале Optica.
Прозрачные предметы крайне сложно зафиксировать с помощью обычных камер. Стекло, пластиковые пленки или живые клетки почти не имеют яркостного контраста с окружающей средой. Однако они вызывают едва уловимый сдвиг фазы проходящего сквозь них света.
Анализ этого фазового сдвига позволяет определить морфологию и оптическую толщину предмета. Данный метод активно применяется для наблюдения за живыми клетками без использования окрашивания. Он также востребован при проверке прозрачных компонентов при производстве полупроводников.
Процесс наблюдения усложняется при наличии движущихся рассеивающих слоев перед объектом и позади него. Постоянное изменение пути света мешает получить точную информацию о предмете. Традиционные методы требуют многократных экспозиций или предварительной калибровки среды.
Оптика + нейросети
Исследователи сфокусировали освещение в крошечную точку на первом рассеивающем слое. Проходящий свет позволил точно передать информацию о скрытом предмете. Затем физики объединили оптическую модель с системой искусственного интеллекта.
Программа не использует предварительное обучение на больших объемах данных. Она работает в обратном направлении от физических законов для вычисления пути света. Этот процесс можно сравнить с восстановлением четкого изображения по одной размытой фотографии.
Новый подход позволил одновременно определить форму и толщину прозрачного объекта. Программа смогла рассчитать характеристики размытия и точное положение предмета в пространстве. Вся необходимая информация была извлечена из одного снимка, измеряющего интенсивность света.
Авторы работы планируют доработать технологию для использования в более сложных условиях. Метод поможет повысить качество биомедицинской визуализации живых организмов. Также разработка позволит увеличить точность контроля качества при сборке электроники.
Ранее Наука Mail рассказывала, что исследователи создали сверхтонкую линзу для визуализации тканей «оптической иглой».