Opto-elektronisk vetenskap har publicerat en studie som utökar infraröd mikrospektroskopi med Lucy-Richardson-Rosens beräkningsrekonstruktionsmetod.

Beräkningsavbildningsteknologier har avsevärt minskat kostnaderna för bildbehandlingssystem och samtidigt avsevärt förbättrat deras prestanda såsom tredimensionell bildåtergivningsförmåga, multispektral bildbehandling med en monokrom sensor, etc. Men beräkningsmetoderna är inte fria från utmaningar. De flesta om inte alla beräkningsmetoder kräver speciella optiska modulatorer såsom scatter-plattor, Fresnel-zonöppningar och kodade aperturer som mappar varje objektpunkt till en speciell intensitetsfördelning. En beräkningsmetod rekonstruerar den registrerade intensitetsfördelningen till multispektrala, flerdimensionella bilder. Eftersom ett mellanliggande rekonstruktionssteg är inblandat, benämns beräkningsavbildningsmetoder indirekta avbildare medan konventionella linsbaserade avbildningssystem är direktavbildare. Behovet av speciella optiska modulatorer vid beräkningsavbildning beror på begränsningarna i rekonstruktionsmekanismerna. Dessutom, även om ovanstående beräkningsmetoder kan ge ytterligare information än konventionella linsbaserade bildapparater, har kvaliteten på rekonstruktionen aldrig varit på nivån för en linsbaserad bildapparat.

I detta forskningsarbete har en ny beräkningsholografimetod utvecklats genom att kombinera två välkända dekonvolutionsmetoder, nämligen den maximala sannolikhetsalgoritmen utvecklad av Lucy och Richardson och icke-linjär korrelation utvecklad av Rosen. Denna Lucy-Richardson-Rosen-algoritm kan dekonvolvera intensitetsfördelningar som erhålls från direktavbildare som Cassegrain-objektiv. Denna utveckling kopplar samman direkta och indirekta avbildningsmetoder som skapar stor effekt. När avbildningsvillkoret är uppfyllt, bildas en direkt bild av objektet och när avbildningstillståndet störs, tillämpas beräkningsrekonstruktionsmetoden. Den nya metoden användes för att avbilda kemiska prover vid det infraröda mikrospektroskopisystemet för den australiska synkrotronen. Från en enda kamerabild av det kemiska provet och de kända tredimensionella punktspridningsfunktionerna hos Cassegrain objektivlinser, genereras en komplett tredimensionell bild av det kemiska provet av Lucy-Richardson-Rosen-algoritmen.

Forskargruppen av Prof. Saulius Juodkazis, Swinburne University of Technology, har utvecklat en ny beräkningsholografiteknik för snabb avbildning av biokemiska prover. Den infraröda mikrospektroskopienheten använder en kvävekyld kvicksilver-kadmium-tellurid-enpixeldetektor, ett tätt fokuserande Cassegrain-objektivlinspar och en punkt-för-punkt-skanningsmetod för att registrera tvådimensionell information om ett prov. Skanningsmetoden är tidskrävande och begränsar antalet sampel som kan studeras under ett synkrotronstråletidsprojekt.

I detta projekt ersattes enkelpixeldetektorn av en focal point array-detektor och en svagare Cassegrain-objektivlins användes för att öka stråldiametern i provplanet. Denna metod möjliggjorde enkelbilds tvådimensionell avbildning av proverna. Beräkningsmetoder som t.ex. kodad aperturkorrelationsholografi kan förvandla konventionella bildapparater till tredimensionella bildapparater.

Till skillnad från de tidigare beräkningsmetoderna kan i den föreslagna metoden direkt avbildning och indirekt avbildning samexistera. När avbildningsvillkoret är uppfyllt, beter sig systemet som en direkt avbildare, och när avbildningsvillkoret inte är uppfyllt, beter sig systemet som en indirekt avbildare som kräver beräkningsrekonstruktion. En ny rekonstruktionsmetod designades genom att kombinera två välkända rekonstruktionsmetoder, nämligen den maximala sannolikhetsalgoritmen utvecklad av Lucy och Richardson och den icke-linjära rekonstruktionsmetoden utvecklad av Rosen. Den nya Lucy-Richardson-Rosen-algoritmen rekonstruerade tredimensionell information av prover från en enda kamerabild av proverna och förinspelad tredimensionell punktspridningsintensitetsfördelning. Följaktligen förbättrade den utvecklade metoden avsevärt hastigheten för avbildning med hjälp av den infraröda mikrospektroskopienheten.

Medan den nya algoritmstödda beräkningstekniken har förvandlat den konventionella infraröda mikrospektroskopienheten till en tredimensionell infraröd mikrospektroskopienhet, avslöjade ytterligare undersökningar av algoritmen överraskande aspekter av algoritmen. Algoritmen kunde dekonvolvera många deterministiska optiska fält betydligt bättre än befintliga beräkningsrekonstruktionsmetoder. Man tror att den nya rekonstruktionsalgoritmen kommer att revolutionera området för beräkningsavbildning där spridningsfält kan ersättas av deterministiska med ett bättre signal-brusförhållande och lägre fotonbudget. + Utforska vidare

Forskare använder spökbilder för att påskynda kemisk kartläggning av röntgenfluorescens