Проще простого: ученые создали новый метод создания голографии
Израильские физики представили революционный метод, упрощающий и ускоряющий получение голографических изображений, которые могут сохранять объем и точные детали объектов, что особенно важно для визуализации в условиях сложных и рассеивающих сред.
Ключевой прорыв заключается в избавлении от необходимости использования «путеводной звезды» — светового ориентира, который обычно служит для коррекции искажений и калибровки в традиционных методах голографии. Этот ориентир, называемый «guide star», позволяет традиционным системам компенсировать рассеяние света, когда он проходит через такие плотные среды, как биологические ткани или слои почвы. Но отсутствие «путеводной звезды» открывает новую эру в голографии, поскольку упрощает оборудование и снимает необходимость в высокоточном лазерном оснащении, а значит, позволяет существенно снизить затраты.
Группа ученых во главе с Ори Кацом, Омри Хаимом и Джереми Богером-Ломбардом предложила подход, в котором используется всего 25 полей рассеянного света, полученных в случайных условиях освещения. Это стало возможным благодаря передовым вычислительным методам, которые позволяют корректировать изображение в реальном времени и достигать высокого разрешения без дорогостоящих пространственных световых модуляторов. Такой метод основан на использовании вычислительной модели, позволяющей восстанавливать качественные трехмерные изображения через плотные рассеивающие среды даже без предварительных данных о природе самой среды или о цели визуализации.
Особая ценность данного метода заключается в том, что он задействует «виртуальные SLM» (пространственные световые модуляторы) для оптимизации путей распространения света. Исследователи сумели скорректировать более 190 тысяч различных траекторий света через сложные среды с помощью всего нескольких голографически полученных изображений. Это сокращает количество измерений, требуемых для получения точных изображений, в десятки раз по сравнению с традиционными подходами, что делает метод значительно более эффективным и доступным.
Новая методика также открывает широкие перспективы для различных областей. В биомедицинских исследованиях это может означать более точную диагностику при помощи эндоскопии и визуализации тканей, где обычные методы часто теряют точность. В геофизике метод может применяться для изучения рассеивающих слоев почвы, что важно для анализа природных ресурсов и подземных структур. Также технология может стать незаменимой для радиолокации, где точность и высокая детализация изображений имеют решающее значение. Кроме того, акусто-оптическая томография и ультразвуковые исследования могут выиграть от повышения разрешающей способности и гибкости новых методов визуализации, которые ранее были недоступны из-за ограничений в оборудовании и условиях съемки.
Таким образом, предложенный метод, опубликованный в журнале Nature Photonics, представляет собой значительный прорыв в сфере голографической визуализации. Он предлагает универсальный, простой в исполнении и менее затратный способ достижения высококачественных изображений для научных исследований и технологий будущего.