Основные принципы оптического рассеяния визуализации:
Когда свет встречается с рассеятелями (например, мутные среды, биологические ткани) во время распространения, его направление изменяется - явление, известное как рассеяние. При визуализации оптического рассеяния фотоны, несущие целевую информацию, нарушаются путем неоднородного распределения частиц и индексов преломления в среде рассеяния, что приводит к искаженным изображениям прямого определения. Например, в туманных условиях рассеяние света с помощью капель воды вызывает размытое наблюдение за объектами. Тем не менее, визуализация оптического рассеяния зависит от анализа и обработки этих рассеянных фотонов для восстановления изображений. Расселенные фотоны могут быть классифицированы как:Баллистические фотоны (путешествуя почти прямо, неся четкую целевую информацию),
Змеиноподобные фотоны (проходят многократное рассеяние, сохранение частичной целевой информации),
Диффузные фотоны (высоко рандомизированные после обширного рассеяния).
Различные типы фотонов играют отличную роль в визуализации. Традиционные методы визуализации рассеяния часто сосредоточены на оптимизации коллекции баллистических фотонов для реконструкции изображений.
Традиционные методы визуализации оптического рассеяния:
Обычные методы, основанные на баллистическом сборе фотонов, пытаются извлечь целевую информацию, выделяя эти фотоны из рассеянного света. Ранние подходы использовали конкретные оптические конструкции и конфигурации детекторов для определения приоритетов захвата баллистического фотона. Однако в практических сценариях баллистические фотоны мало, и большинство фотонов в сильно рассеянных средах не являются баллистическими из-за множественного рассеяния. Следовательно, такие методы плохо работают в среде с большой оптической толщиной и имеют ограниченную применимость.Вычислительное оптическое рассеянное изображение:
С технологическими достижениями появились вычислительные визуализации, подчеркивая использование не баллистических фотонов в толстых рассеяющих средах. Ключевые подходы включают:Алгоритмы оптического эффекта памяти и поиска фазы:
Эффект оптической памяти описывает, как рассеяние носители сохраняют «память» падающего света при определенных условиях - общеобразные изменения угла освещения или положения создают коррелированные вариации в рассеянном поле. Использование этого эффекта с помощью фазовых алгоритмов поиска позволяет восстановить информацию о целевой фазе из рассеянных полей. Например, эксперименты реконструируют целевые изображения, коррелируя рассеянный свет с целями с помощью эффекта памяти и итеративного решения фазы. Этот метод показывает перспективу для динамической толстой разбросанной среды и потенциала в широкополе, на больших расстояниях.Когерентная дифракционная визуализация:
В этом методе используется когерентное освещение света и итерационные алгоритмы для реконструкции амплитуды и фазы цели из измеренных дифракционных схем. Записывая интенсивность рассеянного света (отсутствие данных фазы), алгоритмы поиска фазы итеративно решают для отсутствующей информации. Когерентная дифракционная визуализация превосходит традиционные пределы разрешения, что обеспечивает визуализацию микроструктур с высоким разрешением в материаловедении и биомедицине.Птихографический итерационный двигатель:
Птихография реконструирует изображения с высоким разрешением путем перекрытия сканирования целевых областей и итеративной обработки рассеянных данных интенсивности. Непрерывная корректировка позиций и углов сканирования улучшает получение информации, улучшая разрешение и качество. Этот метод превосходит визуализацию, не связанные с SPARSE, и имеет значительную ценность в практических приложениях для визуализации.
Экспериментальный легкий путь рассеяния визуализации на основе оптической матрицы передачи
Проблемы и ограничения:
Несмотря на заметный прогресс, оптическая визуализация сталкивается с проблемами:Динамические среды: быстро меняющаяся рассеяющая среда (например, плавный дым, динамические биологические ткани) требуют обработки развивающихся данных рассеяния в реальном времени, требующих высокоэффективных алгоритмов и вычислительной мощности.
Разрешение и качество: толстые рассеянные носители часто разлагают качество изображения из -за потери информации и шума от множественного рассеяния, что приводит к размыванию или искажению.
Специфика сценария: многие методы преуспевают в определенных условиях, но не имеют обобщения, ограничивая их надежность в различных реальных приложениях.
Приложения:
Биомедицина: обеспечивает визуализацию внутренних тканевых структур посредством рассеяния света, помогая диагнозу заболевания (например, обнаружение рака на ранней стадии посредством анализа рассеянного света из тканей).
Мониторинг окружающей среды: облегчает визуализацию с помощью тумана, дыма или дымки для мониторинга отдаленных источников загрязнения или метеорологических явлений.
Промышленная проверка: поддерживает неразрушающие тестирование непрозрачных материалов путем анализа рассеянного света для выявления внутренних дефектов, повышения качества и безопасности продукта.