En ny typ av bildbehandling som inte kräver en lins och använder omkonfigurerbara partikelbaserade masker för att ta flera bilder av ett objekt utvecklas av forskare vid Penn State. Den elektriska fältstyrda självmonterande maskteknologin förväntas ha användningsområden för billigare och snabbare sjukdomsdiagnostik, förbättringen av optisk mikroskopi, och kan till och med leda till tunnare mobiltelefonteknik.

Hur det fungerar

Forskarna skapar en mask av mikroskopiska guldtrådar och placerar den nära föremålet som ska avbildas. Masken sprider ljuset som reflekteras från föremålet och en bildsensor samlar upp ljuset. En elektrisk ström ordnar om partiklarna i masken, producera en ny mask med varje iteration, och systemet registrerar varje ny bild. De multipla ljusinfångningarna rekonstrueras sedan beräkningsmässigt till den ursprungliga objektbilden, vilket resulterar i mycket förbättrad upplösning och kvalitet.

"Vi är inte den enda gruppen som gör linsfri bildbehandling, " förklarade Jennifer Miller, en doktorand i kemi och en första författare på en tidning som nyligen publicerats online i ACS Nano . "Det som är annorlunda med vårt arbete är att du vanligtvis skulle behöva göra flera masker och fysiskt flytta runt dem för att få flera bilder. Detta blir skrymmande och dyrt och förnekar en del av enkelheten som är fördelen med linsfri bildbehandling."

I typisk mikroskopi, det finns en avvägning mellan synfältet och kraften i resolutionen, så ett 10x-fält är bredare än ett 100x-fält. Genom att använda en linsfri bildteknik, det är möjligt att kombinera ett brett synfält med hög förstoring för billigare bilder och snabbare diagnos av sjukdom. Detta kan vara särskilt användbart i utvecklingsländer där avancerade mikroskop inte är tillgängliga.

"Traditionella masker är passiva, " sa co-första författare Cheng-Yu Wang, doktorand i elektroteknik. "Vi kan lägga till funktionalisering till vår mikrotråd, som polarisering, selektivitet och plasmoniska effekter, som gör vårt bildsystem mer kraftfullt."

När det gäller mobiltelefoner, en stor bidragande orsak till deras bulk beror på att kameralinsen måste ha ett visst avstånd till detektorn. En objektivfri kamera kan hjälpa till att minimera utrymmesbehovet. Likaså, ett linsfritt system som läggs till en mobiltelefon kan förvandla mobiltelefonen till ett lågeffektmikroskop.

Tillsammans med Miller och Yang, senior författare på ACS Nano papper, "Partikelbaserade omkonfigurerbara spridningsmasker för linsfri avbildning, "är Christine Keating, framstående professor i kemi, och Zhiwen Liu, professor i elektroteknik.