Ciencia optoelectrónica ha publicado un estudio que amplía la microespectroscopia infrarroja con el método de reconstrucción computacional Lucy-Richardson-Rosen.

Las tecnologías de imágenes computacionales han reducido sustancialmente los costos de los sistemas de imágenes y, al mismo tiempo, han mejorado significativamente su rendimiento, como la capacidad de imágenes tridimensionales, imágenes multiespectrales con un sensor monocromático, etc. Sin embargo, los métodos de imágenes computacionales no están libres de desafíos. La mayoría, si no todos, los métodos de imágenes computacionales requieren moduladores ópticos especiales, como placas de dispersión, aperturas de zona de Fresnel y aperturas codificadas que mapean cada punto del objeto en una distribución de intensidad especial. Un método computacional reconstruye la distribución de intensidad registrada en imágenes multiespectrales y multidimensionales. Dado que se trata de un paso de reconstrucción intermedio, los métodos de formación de imágenes computacionales se denominan generadores de imágenes indirectos, mientras que los sistemas de imágenes convencionales basados ​​en lentes son generadores de imágenes directos. La necesidad de moduladores ópticos especiales en imágenes computacionales se debe a las limitaciones en los mecanismos de reconstrucción. Además, aunque los métodos computacionales anteriores pueden generar información adicional que los generadores de imágenes basados ​​en lentes convencionales, la calidad de la reconstrucción nunca ha estado al nivel de un generador de imágenes basado en lentes.

En este trabajo de investigación, se ha desarrollado un nuevo método de holografía computacional mediante la combinación de dos métodos de deconvolución muy conocidos, a saber, el algoritmo de máxima verosimilitud desarrollado por Lucy y Richardson y la correlación no lineal desarrollada por Rosen. Este algoritmo de Lucy-Richardson-Rosen es capaz de desconvolucionar las distribuciones de intensidad obtenidas a partir de generadores de imágenes directos, como las lentes de objetivo Cassegrain. Este desarrollo vincula métodos de imagen directos e indirectos creando un gran impacto. Cuando se cumple la condición de formación de imágenes, se forma una imagen directa del objeto y cuando se altera la condición de formación de imágenes, se aplica el método de reconstrucción computacional. El nuevo método se aplicó para obtener imágenes de muestras químicas en el sistema de microespectroscopia infrarroja del sincrotrón australiano. A partir de una sola toma de cámara de la muestra química y las conocidas funciones de dispersión de puntos tridimensionales de las lentes del objetivo Cassegrain, el algoritmo de Lucy-Richardson-Rosen genera una imagen tridimensional completa de la muestra química.

El grupo de investigación del Prof. Saulius Juodkazis, de la Universidad Tecnológica de Swinburne, ha desarrollado una nueva técnica de holografía computacional para obtener imágenes rápidas de muestras bioquímicas. La unidad de microespectroscopia infrarroja utiliza un detector de un solo píxel de mercurio-cadmio-telururo refrigerado por nitrógeno, un par de lentes de objetivo Cassegrain de enfoque preciso y un enfoque de escaneo punto por punto para registrar información bidimensional de una muestra. El método de escaneo requiere mucho tiempo y limita la cantidad de muestras que se pueden estudiar durante un proyecto de tiempo de haz de sincrotrón.

En este proyecto, el detector de un solo píxel se reemplazó por un detector de matriz de puntos focales y se utilizó una lente de objetivo Cassegrain más débil para aumentar el diámetro del haz en el plano de muestra. Este método permitió obtener imágenes bidimensionales de una sola toma de las muestras. Los métodos de imágenes computacionales, como la holografía de correlación de apertura codificada, pueden transformar los generadores de imágenes convencionales en generadores de imágenes tridimensionales.

A diferencia de los métodos de formación de imágenes computacionales anteriores, en el método propuesto pueden coexistir imágenes directas e imágenes indirectas. Cuando se cumple la condición de generación de imágenes, el sistema se comporta como un generador de imágenes directo, y cuando no se cumple la condición de generación de imágenes, el sistema se comporta como un generador de imágenes indirecto que requiere reconstrucción computacional. Se diseñó un nuevo método de reconstrucción mediante la combinación de dos métodos de reconstrucción bien conocidos, a saber, el algoritmo de máxima verosimilitud desarrollado por Lucy y Richardson y el método de reconstrucción no lineal desarrollado por Rosen. El nuevo algoritmo de Lucy-Richardson-Rosen reconstruyó la información tridimensional de las muestras a partir de una sola toma de cámara de las muestras y pregrabó la distribución de intensidad de dispersión de puntos tridimensionales. En consecuencia, el método desarrollado mejoró significativamente la velocidad de obtención de imágenes utilizando la unidad de microespectroscopia infrarroja.

Si bien la nueva técnica de imagen computacional asistida por algoritmo ha transformado la unidad de microespectroscopia infrarroja convencional en una unidad de microespectroscopia infrarroja tridimensional, la investigación adicional sobre el algoritmo reveló aspectos sorprendentes del algoritmo. El algoritmo pudo desconvolucionar numerosos campos ópticos deterministas significativamente mejor que los métodos de reconstrucción computacional existentes. Se cree que el nuevo algoritmo de reconstrucción revolucionará el campo de la imagen computacional donde los campos de dispersión pueden ser reemplazados por campos deterministas con una mejor relación señal-ruido y un presupuesto de fotones más bajo. + Explora más

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