Pencitraan penyebaran optik

Prinsip Asas Pencitraan Penyebaran Optik:
Apabila pertemuan cahaya penyebaran (contohnya, media keruh, tisu biologi) semasa penyebaran, arahnya berubah -fenomena yang dikenali sebagai penyebaran. Dalam pengimejan penyebaran optik, foton yang membawa maklumat sasaran terganggu oleh pengedaran zarah dan indeks refraktif yang tidak berkesudahan dalam medium hamburan, yang membawa kepada imej pengesanan langsung yang diputarbelitkan. Sebagai contoh, dalam keadaan berkabus, penyebaran cahaya oleh titisan air menyebabkan pemerhatian objek kabur. Walau bagaimanapun, pengimejan penyebaran optik bergantung pada menganalisis dan memproses foton yang bertaburan ini untuk membina semula imej. Foton bertaburan boleh dikategorikan sebagai:

• Foton balistik (perjalanan hampir lurus, membawa maklumat sasaran yang jelas),

• Foton seperti ular (menjalani pelbagai penyebaran, mengekalkan maklumat sasaran separa),

• Foton meresap (sangat rawak selepas penyebaran yang luas).
  Jenis foton yang berbeza memainkan peranan yang berbeza dalam pengimejan. Teknik pencitraan hamburan tradisional sering memberi tumpuan kepada mengoptimumkan pengumpulan foton balistik untuk pembinaan semula imej.

Teknik pengimejan penyebaran optik tradisional:
Kaedah konvensional berdasarkan pengumpulan foton balistik cuba mengekstrak maklumat sasaran dengan mengasingkan foton ini dari cahaya yang bertaburan. Pendekatan awal menggunakan reka bentuk optik khusus dan konfigurasi pengesan untuk mengutamakan penangkapan foton balistik. Walau bagaimanapun, dalam senario praktikal, foton balistik adalah terhad, dan kebanyakan foton dalam media penyebaran yang kuat adalah tidak balistik kerana pelbagai hamburan. Oleh itu, teknik -teknik tersebut tidak berfungsi dengan buruk di media dengan ketebalan optik yang besar dan mempunyai kebolehgunaan yang terhad.

Pencitraan penyebaran optik pengiraan:
Dengan kemajuan teknologi, pencitraan penyebaran pengiraan telah muncul, menekankan penggunaan foton bukan balistik dalam media hamburan tebal. Pendekatan utama termasuk:

• Kesan Memori Optik dan Algoritma Pengambilan Fasa:
  Kesan memori optik menerangkan bagaimana penyebaran media mengekalkan "memori" cahaya insiden di bawah keadaan tertentu -perubahan kecil dalam sudut pencahayaan atau kedudukan menghasilkan variasi berkorelasi dalam medan yang bertaburan. Memanfaatkan kesan ini dengan algoritma pengambilan fasa membolehkan pemulihan maklumat fasa sasaran dari medan yang bertaburan. Sebagai contoh, eksperimen membina semula imej sasaran dengan mengaitkan cahaya bertaburan dengan sasaran melalui kesan memori dan maklumat fasa menyelesaikannya secara berulang. Kaedah ini menunjukkan janji untuk media penyebaran tebal dinamik dan potensi dalam bidang lebar, pencitraan jarak jauh.

• Pencitraan difraksi yang koheren:
  Teknik ini menggunakan pencahayaan cahaya yang koheren dan algoritma berulang untuk membina semula amplitud sasaran dan fasa dari corak difraksi yang diukur. Dengan merakam intensiti cahaya yang bertaburan (kekurangan data fasa), algoritma pengambilan fasa secara beransur -ansur menyelesaikan maklumat yang hilang. Pencitraan difraksi yang koheren melepasi had resolusi tradisional, membolehkan pengimejan mikrostruktur resolusi tinggi dalam sains bahan dan bioperubatan.

• Enjin Iteratif Ptychographic:
  Ptychography membina semula imej resolusi tinggi dengan menindih imbasan kawasan sasaran dan memproses data intensiti yang bertaburan. Secara berterusan menyesuaikan kedudukan dan sudut imbasan meningkatkan pengambilalihan maklumat, meningkatkan resolusi dan kualiti. Kaedah ini cemerlang dalam pengimejan sasaran bukan paru dan memegang nilai yang signifikan dalam aplikasi pencitraan penyebaran praktikal.

Cabaran dan batasan:
Walaupun kemajuan yang ketara, pengimejan penyebaran optik menghadapi cabaran:

• Persekitaran dinamik: Media penyebaran yang cepat berubah (contohnya, asap mengalir, tisu biologi dinamik) menuntut pemprosesan masa nyata data penyebaran yang berkembang, yang memerlukan algoritma yang sangat cekap dan kuasa pengiraan.

• Resolusi dan Kualiti: Media penyebaran tebal sering merendahkan kualiti imej akibat kehilangan maklumat dan bunyi bising dari pelbagai hamburan, yang membawa kepada kabur atau penyimpangan.

• Kekhususan Senario: Banyak teknik cemerlang dalam keadaan tertentu tetapi kurang kebolehpercayaan, mengehadkan keteguhan mereka merentasi pelbagai aplikasi dunia nyata.

Aplikasi:

• Biomedicine: Membolehkan pengimejan struktur tisu dalaman melalui penyebaran cahaya, membantu diagnosis penyakit (contohnya, mengesan kanser peringkat awal melalui analisis cahaya bertaburan dari tisu).

• Pemantauan Alam Sekitar: Memudahkan pencitraan melalui kabus, asap, atau jerebu untuk memantau sumber pencemaran yang jauh atau fenomena meteorologi.

• Pemeriksaan Perindustrian: Menyokong ujian bahan yang tidak merosakkan bahan-bahan legap dengan menganalisis cahaya bertaburan untuk mengenal pasti kecacatan dalaman, meningkatkan kualiti produk dan keselamatan.