Исследование появилось в сети 9 июля в журнале Optica.
«Другим удалось восстановить цветные изображения из рассеянного света, но эти методы должны были жертвовать пространственным разрешением или требовали предварительной характеристики рассеивателя заранее, что часто невозможно», – сказал Майкл Гем, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники. в герцоге. "Но наш подход позволяет избежать всех этих проблем."
Когда свет рассеивается при прохождении через полупрозрачный материал, появляющийся узор «пятнышек» выглядит так же случайным, как статический на экране телевизора без сигнала. Но это не случайно. Поскольку свет, исходящий из одной точки объекта, движется по траектории, очень похожей на путь света, исходящего из соседней точки, то пятнистый узор от каждой точки выглядит примерно одинаково, только с небольшим смещением.
Имея достаточно изображений, астрономы использовали этот феномен «эффекта памяти» для создания более четких изображений неба в турбулентной атмосфере, если отображаемые объекты были достаточно компактными.
Хотя этот метод потерял популярность с развитием адаптивной оптики, которая выполняет ту же работу, используя регулируемые зеркала для компенсации рассеяния, недавно он снова стал популярным. Поскольку современные камеры могут записывать сотни миллионов пикселей за раз, требуется всего одна экспозиция, чтобы статистика работала.
Хотя этот подход может восстановить рассеянное изображение, он имеет ограничения в области цвета. Спекл-паттерны, создаваемые разными длинами волн, обычно невозможно отделить друг от друга.
Новый подход к визуализации эффекта памяти, разработанный авторами Сяоханом Ли, докторантом лаборатории Гема, Джоэлем Гринбергом, доцентом-исследователем в области электротехники и компьютерной инженерии, и Гемом преодолевает это ограничение.
Уловка состоит в том, чтобы использовать кодированную апертуру, за которой следует призма.
Кодированная апертура – это, по сути, фильтр, который позволяет свету проходить через одни области, но не через другие по определенному шаблону. После того, как спекл «отпечатан» закодированной апертурой, он проходит через призму, заставляющую световые лучи разных частот расходиться друг от друга.
Это приводит к небольшому смещению рисунка на закодированной апертуре относительно изображения, захваченного детектором. И величина его смещения напрямую связана с цветом проходящего через него света.
«Этот сдвиг невелик по сравнению с общим размером изображения, и поскольку наш детектор не чувствителен к цвету, он создает беспорядочную комбинацию», – сказал Ли. "Но сдвига достаточно, чтобы дать нашему алгоритму опору, чтобы дразнить отдельные узоры в виде пятен отдельно от каждого цвета, и на основе этого мы можем выяснить, как выглядит объект для каждого цвета."
Исследователи показывают, что, сосредоточив внимание на пяти спектральных каналах, соответствующих фиолетовому, зеленому и трем оттенкам красного, метод может восстановить букву «H», полную нюансов розового, желтого и синего цветов. Помимо этого сложного доказательства принципа, исследователи полагают, что их подход может найти применение в таких областях, как астрономия и здравоохранение.
В астрономии цветовой состав света, исходящего от астрономических явлений, содержит ценную информацию о его химическом составе, и часто возникают крапинки, поскольку свет искажается атмосферой. Точно так же в здравоохранении цвет может рассказать исследователям что-то о молекулярном составе того, что отображается, или его можно использовать для идентификации биомолекул, которые были помечены флуоресцентными маркерами.
«Есть много приложений, в которых люди действительно хотят знать, сколько энергии в определенных спектральных диапазонах излучается объектами, расположенными за непрозрачными окклюзиями», – сказал Гринберг. "Мы показали, что этот подход может достичь этой цели в видимом спектре. Знание формы апертуры и того, насколько она смещается в зависимости от длины волны, дает ключ, который нам нужен, чтобы разложить беспорядочную сумму на отдельные каналы."