Tecnologia Científica
Modelagem de frente de onda holográfica computacional guiada por imagem: soluções rápidas e versáteis para desafios complexos de geração de imagens
Um estudo realizado por pesquisadores do Instituto de Física Aplicada da Universidade Hebraica de Jerusalém, publicado na Nature Photonics , apresenta um novo método para imagens não invasivas de alta resolução por meio de meios altamente dispersos.
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Universidade Hebraica de Jerusalém - 18/10/2024
Imagem microscópica de células em um microscópio óptico convencional (esquerda) e a imagem processada com a nova técnica (direita). Crédito: Omri Haim e Jeremy Boger-Lombard
Um estudo realizado por pesquisadores do Instituto de Física Aplicada da Universidade Hebraica de Jerusalém, publicado na Nature Photonics, apresenta um novo método para imagens não invasivas de alta resolução por meio de meios altamente dispersos.
A equipe, liderada pelo Prof. Ori Katz, Omri Haim e Jeremy Boger-Lombard, apresenta uma técnica computacional baseada em holografia que aborda os principais desafios no campo da imagem óptica e abre novas portas para aplicações em diversas áreas, como imagem médica , veículos autônomos e microscopia.
O estudo introduz uma abordagem sem estrela-guia que elimina a necessidade de ferramentas tradicionais, como moduladores de luz espacial (SLMs) de alta resolução ou medições extensivas, tornando possível obter imagens por meio de meios de dispersão complexos com velocidade e precisão sem precedentes. Ao emular computacionalmente experimentos de modelagem de frente de onda, essa nova técnica otimiza vários "SLMs virtuais" simultaneamente, permitindo que o sistema reconstrua imagens de alta qualidade sem exigir informações prévias sobre o alvo ou padrões de dispersão.
As principais realizações incluem:
- Alta versatilidade e flexibilidade: Este método pode corrigir mais de 190.000 modos dispersos usando apenas 25 campos de luz dispersos capturados holograficamente, obtidos sob iluminações aleatórias desconhecidas. A nova técnica oferece flexibilidade em várias modalidades de imagem, incluindo epi-iluminação, correção multiconjugada de camadas de dispersão e endoscopia sem lente.
- Demandas computacionais e de memória reduzidas: diferentemente das técnicas convencionais que exigem o cálculo de matrizes de reflexão inteiras, essa abordagem inovadora reduz drasticamente a alocação de memória e acelera o processo de geração de imagens, permitindo uma correção mais rápida e eficaz de espalhamentos complexos.
- Aplicações em todos os campos: O estudo demonstra o potencial dessa técnica para ser aplicada em diversas áreas, incluindo imagens de tecidos biológicos, endoscopia de fibra multicore e até mesmo tomografia acústico-óptica. O método também promete oferecer soluções em áreas como geofísica, radar e ultrassom médico.
"Estamos entusiasmados em apresentar uma nova abordagem em tecnologia de imagem que permite imagens de alta resolução por meio de meios altamente dispersos com ordens de magnitude a menos de medições do que o estado da arte, sem a necessidade de conhecimento prévio do alvo ou equipamento caro", diz o Prof. Katz. "Essa inovação muda o desafio do hardware físico para a otimização computacional, oferecendo uma solução naturalmente paralelizável que pode ser aplicada em muitos campos."
A pesquisa tem o potencial de transformar áreas-chave de estudo científico e aplicações práticas, oferecendo uma solução rápida, não invasiva e altamente adaptável para geração de imagens em ambientes complexos. A equipe já está explorando direções futuras, incluindo a otimização do método para amostras volumétricas contínuas, como tecidos biológicos espessos, e reduzindo ainda mais o número de hologramas necessários.
Mais informações: Modelagem de frente de onda holográfica computacional guiada por imagem, Nature Photonics (2024). DOI: 10.1038/s41566-024-01544-6
Informações do periódico: Nature Photonics
