Udvidelse af infrarød mikrospektroskopi med Lucy-Richardson-Rosen beregningsrekonstruktionsmetode

Opto-elektronisk videnskab har offentliggjort en undersøgelse, der udvider infrarød mikrospektroskopi med Lucy-Richardson-Rosen beregningsrekonstruktionsmetode.

Computerbaserede billeddannelsesteknologier har væsentligt reduceret omkostningerne ved billeddannelsessystemer og samtidig væsentligt forbedret deres ydeevne såsom tredimensionel billeddannelseskapacitet, multispektral billeddannelse med en monokrom sensor osv., Dog er computerbaserede billeddannelsesmetoder ikke fri for udfordringer. De fleste, hvis ikke alle, beregningsmæssige billeddannelsesmetoder kræver specielle optiske modulatorer såsom scatter-plader, Fresnel-zoneåbninger og kodede åbninger, der kortlægger hvert objektpunkt til en speciel intensitetsfordeling. En beregningsmetode rekonstruerer den registrerede intensitetsfordeling til multispektrale, multidimensionelle billeder. Da et mellemliggende rekonstruktionstrin er involveret, kaldes beregningsmæssige billeddannelsesmetoder indirekte billedapparater, mens konventionelle linsebaserede billeddannelsessystemer er direkte billeddannende. Behovet for specielle optiske modulatorer i computational imaging skyldes begrænsningerne i rekonstruktionsmekanismerne. Desuden, selvom ovenstående beregningsmetoder kan gengive yderligere information end konventionelle linsebaserede billedapparater, har kvaliteten af ​​rekonstruktionen aldrig været på niveau med en linsebaseret billedkamera.

I dette forskningsarbejde er en ny beregningsholografimetode blevet udviklet ved at kombinere to velkendte dekonvolutionsmetoder, nemlig den maksimale sandsynlighedsalgoritme udviklet af Lucy og Richardson og ikke-lineær korrelation udviklet af Rosen. Denne Lucy-Richardson-Rosen-algoritme er i stand til at dekonvolvere intensitetsfordelinger opnået fra direkte billedapparater, såsom Cassegrain-objektivlinser. Denne udvikling forbinder direkte og indirekte billeddannelsesmetoder, der skaber stor effekt. Når billeddannelsesbetingelserne er opfyldt, dannes et direkte billede af objektet, og når billeddannelsestilstanden forstyrres, anvendes den beregningsmæssige rekonstruktionsmetode. Den nye metode blev anvendt til at afbilde kemiske prøver ved det infrarøde mikrospektroskopisystem af den australske synkrotron. Fra et enkelt kamerabillede af den kemiske prøve og de kendte tredimensionelle punktspredningsfunktioner i Cassegrain-objektivlinserne, genereres et komplet tredimensionelt billede af den kemiske prøve af Lucy-Richardson-Rosen-algoritmen.

Forskergruppen af ​​prof. Saulius Juodkazis, Swinburne University of Technology, har udviklet en ny computerholografiteknik til hurtig billeddannelse af biokemiske prøver. Den infrarøde mikrospektroskopi-enhed bruger en nitrogenkølet Mercury-Cadmium-Telluride-enkeltpixel-detektor, et stramt fokuserende Cassegrain-objektivlinsepar og en punkt-for-punkt-scanningstilgang til at optage todimensionel information om en prøve. Scanningsmetoden er tidskrævende og begrænser antallet af prøver, der kan studeres under et synkrotronstråletidsprojekt.

I dette projekt blev enkeltpixeldetektoren erstattet af en focal point array detektor, og en svagere Cassegrain objektivlinse blev brugt til at øge strålediameteren i prøveplanet. Denne metode muliggjorde enkelt-shot todimensionel billeddannelse af prøverne. Beregningsmæssige billeddannelsesmetoder såsom kodet blændekorrelationsholografi kan transformere konventionelle billedapparater til tredimensionelle billedapparater.

I modsætning til de tidligere beregningsmæssige billeddannelsesmetoder kan direkte billeddannelse og indirekte billeddannelse i den foreslåede metode eksistere side om side. Når billeddannelsesbetingelsen er opfyldt, opfører systemet sig som en direkte billeddannelse, og når billeddannelsesbetingelsen ikke er opfyldt, opfører systemet sig som en indirekte billedoptager, der kræver beregningsrekonstruktion. En ny rekonstruktionsmetode blev designet ved at kombinere to velkendte rekonstruktionsmetoder, nemlig maximum likelihood-algoritmen udviklet af Lucy og Richardson og den ikke-lineære rekonstruktionsmetode udviklet af Rosen. Den nye Lucy-Richardson-Rosen-algoritme rekonstruerede tredimensionel information af prøver fra et enkelt kamerabillede af prøverne og forudindspillet tredimensionel punktspredningsintensitetsfordeling. Som følge heraf forbedrede den udviklede metode hastigheden af ​​billeddannelse ved hjælp af den infrarøde mikrospektroskopi-enhed markant.

Mens den nye algoritmestøttede computerbilleddannelsesteknik har forvandlet den konventionelle infrarøde mikrospektroskopi-enhed til en tredimensionel infrarød mikrospektroskopi-enhed, afslørede yderligere undersøgelser af algoritmen overraskende aspekter af algoritmen. Algoritmen var i stand til at dekonvolvere adskillige deterministiske optiske felter væsentligt bedre end eksisterende beregningsrekonstruktionsmetoder. Det menes, at den nye rekonstruktionsalgoritme vil revolutionere området for beregningsmæssig billeddannelse, hvor spredningsfelter kan erstattes af deterministiske felter med et bedre signal-til-støj-forhold og lavere fotonbudget. + Udforsk yderligere

Forskere bruger spøgelsesbilleder til at fremskynde kemisk kortlægning af røntgenfluorescens