Forskare har utvecklat ett sätt att fånga rörliga föremål med den okonventionella avbildningsmetoden som kallas spökbilder. Den nya metoden skulle kunna göra avbildningstekniken praktisk för nya tillämpningar som biomedicinsk avbildning, säkerhetskontroller och videokomprimering och lagring.

Spökbilder kommer med en mängd fördelar, en av dem är att den låter en bilda en bild genom att belysa objektet med lägre ljusnivåer än traditionella avbildningsmetoder. Dock, spökavbildning har begränsats till stationära objekt eftersom det tar lång tid att projicera den sekvens av ljusmönster på objektet som är nödvändig för att rekonstruera en bild. Detta gör att bilder av ett rörligt föremål blir suddiga.

I tidskriften The Optical Society (OSA). Optik bokstäver , forskare från National University of Defense Technology i Kina beskriver hur de kunde kombinera information i de suddiga bilderna med detaljer om objektets plats för att skapa högkvalitativa bilder av rörliga objekt med spökbilder.

"Vårt arbete visar att suddiga bilder innehåller användbar information, " sa forskargruppsledaren Wei-Tao Liu. "Med ytterligare förbättringar, detta tillvägagångssätt kan göra spökbilder användbar för tillämpningar som biomedicinsk avbildning av människor. Om det används med röntgenstrålar, till exempel, det kan hjälpa till att minska den stråldos som behövs för bildbehandling."

Skapa en tydlig bild

Spökavbildningstekniken bildar en bild genom att korrelera en stråle som interagerar med objektet och en referensstråle som inte gör det. Individuellt, strålarna har ingen meningsfull information om objektet. Bildtekniken fungerar med synligt ljus, röntgenstrålar och andra delar av det elektromagnetiska spektrumet och, när de strukturerade ljusstrålarna genereras beräkningsmässigt med rumsliga ljusmodulatorer, kan utföras med en billig enpixeldetektor istället för en komplex, dyr kamera.

För att tillämpa spökbilder på rörliga föremål, den nya metoden använder ett litet antal ljusmönster för att fånga objektets position och bana. Forskarna utvecklade en algoritm för att korskorrelera denna positionsinformation med suddiga bilder tagna på olika positioner, så att en tydlig bild gradvis kan bildas.

"Detta tillvägagångssätt lättar på kravet på snabb avbildning, och eftersom algoritmen är linjär, det kräver inte en stor mängd datorkraft, " förklarade Liu. "Metoden kan utföras med ett typiskt spökbildsystem utan några ytterligare enheter och gör att bilden kan rekonstrueras i tid."

Standardinställningar fångar ny information

Forskarna demonstrerade sin nya metod med ett typiskt spökbildsystem, där ett slumpmässigt ljusfält genererat av en roterande diffusor delades upp i två strålar. En stråle spelades in av en CCD-kamera, medan den andra belyste ett rörligt föremål som forskarna skapade med hjälp av en digital mikrospegelenhet. Ljuset som kom från det rörliga föremålet samlades upp av en enpixeldetektor.

"Vi visade att vår metod fångade bildens bana och bildade en högkvalitativ bild, " sa Liu. "Med samma experimentella förhållanden, traditionella spökbilder skulle ha förlorat det mesta av objektinformationen på grund av suddighet från rörelse."