Científicos de la Universidad ITMO y la Universidad Tecnológica de Tampere han mejorado las imágenes computacionales de señales ópticas en microscopios sin lentes. Empleando algoritmos especiales, aumentaron la resolución de las imágenes obtenidas sin ningún cambio en las características técnicas de los microscopios.
La microscopía computacional sin lentes permite visualizar objetos transparentes o medir su forma en tres dimensiones. Estos microscopios no tienen lentes u objetivos que enfoquen la luz en un sensor de imagen. En lugar de, Los microscopios sin lentes se basan en la medición de patrones de difracción que resultan de iluminar un objeto con luz láser o LED. La imagen obtenida de estos patrones se genera mediante un enfoque computacional. Algoritmos especiales permiten generar una imagen óptica y mejorar la propia señal óptica. Por lo tanto, produce imágenes con mayor resolución utilizando solo métodos matemáticos sin ningún cambio físico en los microscopios.
Un equipo internacional de científicos de Rusia y Finlandia recurrió a métodos computacionales para ampliar el campo de visión, una característica crucial de cualquier microscopio. En microscopía tradicional, un objetivo enfoca la luz de un área de objeto pequeña a un área más grande donde se captura la imagen. Por lo tanto, el tamaño de la imagen parece aumentar. Es imposible, sin embargo, para cambiar el tamaño del propio sensor de imagen. Aquí es donde entran en juego los medios computacionales, permitiendo a los investigadores superar esta limitación física y ampliar el campo de visión.
Para tal fin, La cámara debe registrar varios patrones de difracción diferentes. Para realizar la tarea, los científicos utilizaron filtros especiales llamados máscaras de fase, que generalmente se sintetizan en una computadora y se introducen en la trayectoria óptica del microscopio utilizando un modulador de luz espacial. Una vez que se procesaron los patrones de difracción, los científicos aumentaron artificialmente el campo de visión y, en consecuencia, la resolución de la imagen recuperada.
"Usamos el método matemático de representación dispersa de la señal. Un ejemplo simple puede ayudar a comprender cómo funciona. Imagine que tiene un papel cuadriculado y elige un área cuadrada de ocho por ocho. Si registra la señal en este ocho por ocho cuadrado, luego, la imagen recuperada se discretizará de la misma manera. Pero si la señal cumple con ciertos requisitos de escasez, potencialmente puede usar la misma señal de ocho por ocho para restaurar toda la información faltante con respecto al mismo objeto, pero con una malla discreta más pequeña de 16x16 o incluso 32x32. Al mismo tiempo, la resolución aumentará al doble o al cuádruple correspondientemente. Es más, nuestro algoritmo computacional expande la señal más allá del área de registro. Básicamente, esto implica la aparición de píxeles adicionales alrededor de nuestro cuadrado de ocho por ocho, que por tanto amplía el campo de visión, "dice Nikolay Petrov, uno de los autores del estudio y jefe del Laboratorio de Holografía Digital y Display de la Universidad ITMO.
El nuevo enfoque permite a los científicos mejorar la resolución de la imagen sin modificaciones en la calidad del sensor de imagen y otros componentes del microscopio. Esta, Sucesivamente, sugiere una economía significativa y microscopios más baratos en el futuro.
"Lo que parece ser la tendencia en esta área de investigación es la simplificación y optimización de los sistemas ópticos. Para lograr una optimización aún mayor, necesitamos eliminar el modulador espacial de luz del sistema y reducir la cantidad de máscaras-filtros. Uno de los caminos obvios para lograr estos objetivos es utilizar un solo filtro con movimiento secuencial. Esto hará que nuestro microscopio computacional sin lentes sea aún más barato, dado que el modulador espacial de luz es el elemento más caro en tales sistemas, "dice Igor Shevkunov, coautor del estudio e investigador del Laboratorio de Holografía Digital y Display y miembro de la Universidad Tecnológica de Tampere.
La mejora de la microscopía computacional sin lentes es un paso hacia una investigación de mayor calidad en biología, química, medicina y otros campos.
