Forskare vid Australian National University (ANU) har utvecklat ett nytt sätt att skapa ett nästan perfekt hologram i nära mörker.

Optiska hologram är ett smart sätt att skapa en 3D-bild av ett objekt. De har ett antal användningsområden – från att skydda våra ID-kort från förfalskning, till realtidsavbildning av levande celler.

Det nya genombrottet kommer att tillåta hologram att utföra dessa vitala funktioner och mer med mycket mindre ljus.

Enligt Dr. Steve Lee, kvaliteten på ett optiskt hologram är ofta kopplat till ljusstyrkan hos laserljus.

"Så vi frågade oss själva, hur kan vi göra ett optiskt hologram i nästan fullständigt mörker?" sa Dr. Lee.

"Om du vanligtvis bildar ett optiskt hologram med extremt svagt ljus, hologrammet kommer att se väldigt kornigt ut, " sa Dr Lee.

"Vi kallar denna kornighet för 'skottbrusgränsen' - vilket också inträffar när du blundar på natten. Ljusfläckarna du ser är faktiskt där ditt öga begränsas av skottljud."

Forskargruppen hittade ett sätt att kringgå detta problem med hjälp av maskininlärning.

"Vi har visat att med väldigt lite ljus - nästan kolsvart vid bildhastigheter under millisekunder - kan vi fortfarande återställa ett hologram till nära perfekt skick."

Huvudförfattaren till studien Zhiduo Zhang beskriver det som att återställa ett kornigt gammalt foto.

"Detaljerna i bilden som ungefär liknar ett historiskt konstverk kan återställas av en expert, " sa Mr Zhang.

"Här, vår expert är en maskin – kallad Holo-UNet. Maskinen behärskar utseendet på ett idealiskt hologram genom tusentals inlärningscykler. Efter träning, vi visar sedan maskinen ett hologram med massor av saknad optisk information. Ungefär som en målare, Maskinen kommer ihåg hur man digitalt fyller i de saknade fotoner och så återställer hologrammet till nästan perfekta förhållanden."

Resultaten av studien kan ha viktiga konsekvenser för biologisk avbildning.

"Biologiska celler är mycket känsliga för ljus och kan lätt skadas, " sa Dr Lee.

"Befintliga ljusmikroskop gör 3D-bilder av celler med hjälp av koncentrerat ljus - vilket inte är idealiskt. Vår metod kan användas för att spåra celler över långa tidsperioder under nästan fullständigt mörker utan att oroa sig för ljusskador på cellerna. Vi kan nu också spela in hologram av levande celler på mindre än en hundradels sekund med väldigt lite ljus, och se händelser som celldelning med mycket större klarhet."

Forskningen har publicerats i tidskriften Biomedicinsk Optik Express .