المبادئ الأساسية لتصوير الانتثار البصري:
عندما تواجه الضوء المبعثرات (على سبيل المثال ، الوسائط العكر ، الأنسجة البيولوجية) أثناء الانتشار ، يتغير اتجاهه - ظاهرة تعرف باسم الانتثار. في التصوير البصري للانتثار ، تعطلت الفوتونات التي تحمل المعلومات المستهدفة عن طريق التوزيع غير المتجانس للجزيئات ومؤشرات الانكسار داخل وسط الانتثار ، مما يؤدي إلى صور الكشف المباشر المشوه. على سبيل المثال ، في الظروف الضبابية ، يؤدي نثر الضوء بواسطة قطرات الماء إلى ظهور كائنات غير واضحة. ومع ذلك ، يعتمد التصوير البصري للتشتت على تحليل ومعالجة هذه الفوتونات المتناثرة لإعادة بناء الصور. يمكن تصنيف الفوتونات المبعثرة على النحو التالي:الفوتونات الباليستية (السفر بشكل مستقيم تقريبًا ، وتحمل معلومات مستهدفة واضحة) ،
فوتونات تشبه الأفعى (تخضع لتلاءمة متعددة ، والاحتفاظ بالمعلومات المستهدفة الجزئية) ،
فوتونات منتشر (عشوائي للغاية بعد نثر واسع).
تلعب أنواع الفوتون المختلفة أدوارًا مميزة في التصوير. غالبًا ما تركز تقنيات التصوير التقليدية للتصوير على تحسين مجموعة الفوتونات البالستية لإعادة بناء الصور.
تقنيات التصوير البصرية التقليدية:
الطرق التقليدية القائمة على محاولة جمع الفوتون الباليستية لاستخراج المعلومات المستهدفة عن طريق عزل هذه الفوتونات من الضوء المتناثر. استخدمت الأساليب المبكرة تصميمات بصرية محددة وتكوينات الكاشف لتحديد أولويات التقاط الفوتون الباليستية. ومع ذلك ، في السيناريوهات العملية ، تكون الفوتونات الباليستية نادرة ، ومعظم الفوتونات في وسائل الإعلام المبعثرة بقوة غير قصوى بسبب الانتثار المتعدد. وبالتالي ، فإن مثل هذه التقنيات تؤدي أداءً سيئًا في الوسائط بسمك ضوئي كبير ولديها قابلية للتطبيق محدودة.تصوير الانتثار البصري الحسابي:
مع التطورات التكنولوجية ، ظهر تصوير الانتثار الحسابي ، مع التركيز على استخدام الفوتونات غير البالغة في الوسائط المبعثرة السميكة. تشمل الأساليب الرئيسية:تأثير الذاكرة البصرية وخوارزميات استرجاع الطور:
يصف تأثير الذاكرة البصرية كيف تحتفظ الوسائط المبعثرة "ذاكرة" من ضوء الحوادث في ظل ظروف معينة - تغييرات في زاوية الإضاءة أو الموضع تنتج اختلافات مرتبطة في الحقل المبعثر. يتيح الاستفادة من هذا التأثير مع خوارزميات استرجاع الطور استرداد معلومات الطور المستهدف من الحقول المبعثرة. على سبيل المثال ، تقوم التجارب بإعادة بناء الصور المستهدفة عن طريق ربط الضوء المتناثر مع الأهداف من خلال تأثير الذاكرة وحل معلومات الطور بشكل متكرر. تُظهر هذه الطريقة وعدًا بوسائط الانتثار السميكة الديناميكية والإمكانات في التصوير الواسع المدى.تصوير الحيود المتماسك:
تستخدم هذه التقنية إضاءة الضوء المتماسكة والخوارزميات التكرارية لإعادة بناء السعة المستهدفة والمرحلة من أنماط الحيود المقاسة. من خلال تسجيل شدة الضوء المتناثرة (تفتقر إلى بيانات الطور) ، تحل خوارزميات استرجاع الطور بشكل تكرار للحصول على المعلومات المفقودة. يتجاوز التصوير بالحيود المتماسك حدود الدقة التقليدية ، مما يتيح التصوير عالي الدقة للهياكل المجهرية في علوم المواد والطيد الحيوي.المحرك التكراري ptychographic:
تقوم PtyChography بإعادة بناء الصور عالية الدقة عن طريق التداخل عمليات مسح للمناطق المستهدفة ومعالجة بيانات الشدة المتناثرة بشكل متكرر. يعزز ضبط مواضع الفحص والزوايا بشكل مستمر الحصول على المعلومات ، وتحسين الدقة والجودة. تتفوق هذه الطريقة في تصوير الأهداف غير المسبقة وتحمل قيمة كبيرة في تطبيقات التصوير العملية.
مسار الضوء التجريبي للتصوير المبعثر على أساس مصفوفة النقل البصرية
التحديات والقيود:
على الرغم من التقدم الملحوظ ، يواجه التصوير البصري تحديات:البيئات الديناميكية: تتطلب وسائط الانتثار المتغيرة (على سبيل المثال ، تدفق الدخان ، الأنسجة البيولوجية الديناميكية) معالجة في الوقت الفعلي لبيانات الانتثار المتطورة ، والتي تتطلب خوارزميات عالية الكفاءة وقوة حسابية.
الدقة والجودة: غالبًا ما تقوم وسائط الانتثار السميكة بتخفيض جودة الصورة بسبب فقدان المعلومات والضوضاء من الانتثار المتعدد ، مما يؤدي إلى عدم وضوح أو تشويه.
خصوصية السيناريو: تتفوق العديد من التقنيات في ظروف محددة ولكنها تفتقر إلى التعميم ، مما يحد من متانة عبر تطبيقات العالم الحقيقي المتنوعة.
التطبيقات:
الطب الحيوي: يتيح تصوير هياكل الأنسجة الداخلية من خلال نثر الضوء ، وتشخيص المرض (على سبيل المثال ، اكتشاف سرطان المرحلة المبكرة عن طريق تحليل الضوء المتناثر من الأنسجة).
المراقبة البيئية: يسهل التصوير من خلال الضباب أو الدخان أو الضباب لمراقبة مصادر التلوث البعيدة أو ظواهر الأرصاد الجوية.
التفتيش الصناعي: يدعم الاختبار غير المدمر للمواد غير المدمرة من خلال تحليل الضوء المتناثر لتحديد العيوب الداخلية ، وتعزيز جودة المنتج وسلامته.