การถ่ายภาพการกระเจิงของแสง

หลักการพื้นฐานของการถ่ายภาพการกระเจิงของแสง:
เมื่อแสงพบ scatterers (เช่นสื่อขุ่น, เนื้อเยื่อชีวภาพ) ในระหว่างการแพร่กระจายทิศทางของมันจะเปลี่ยนไป - ปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการกระเจิง ในการถ่ายภาพการกระเจิงของแสงโฟตอนที่มีข้อมูลเป้าหมายจะถูกรบกวนจากการกระจายตัวของอนุภาคและดัชนีการหักเหของแสงภายในสื่อการกระเจิงซึ่งนำไปสู่ภาพการตรวจจับโดยตรงที่บิดเบี้ยว ตัวอย่างเช่นในสภาพหมอกที่มีหมอกการกระเจิงแสงโดยหยดน้ำทำให้เกิดการสังเกตของวัตถุ อย่างไรก็ตามการถ่ายภาพการกระเจิงแบบออพติคอลขึ้นอยู่กับการวิเคราะห์และประมวลผลโฟตอนที่กระจัดกระจายเหล่านี้เพื่อสร้างภาพขึ้นใหม่ โฟตอนที่กระจัดกระจายสามารถจัดหมวดหมู่เป็น:

• โฟตอน Ballistic (เดินทางเกือบตรงมีข้อมูลเป้าหมายที่ชัดเจน)

• โฟตอนที่มีลักษณะคล้ายงู (อยู่ระหว่างการกระเจิงหลายครั้งเก็บข้อมูลเป้าหมายบางส่วน)

• โฟตอนกระจาย (สุ่มสูงหลังจากการกระเจิงอย่างกว้างขวาง)
  ประเภทโฟตอนที่แตกต่างกันมีบทบาทที่แตกต่างกันในการถ่ายภาพ เทคนิคการถ่ายภาพการกระเจิงแบบดั้งเดิมมักจะมุ่งเน้นไปที่การเพิ่มประสิทธิภาพการรวบรวมโฟตอน ballistic สำหรับการสร้างภาพใหม่

เทคนิคการถ่ายภาพการกระจายแสงแบบดั้งเดิม:
วิธีการทั่วไปตามความพยายามในการรวบรวมโฟตอน ballistic เพื่อแยกข้อมูลเป้าหมายโดยการแยกโฟตอนเหล่านี้ออกจากแสงที่กระจัดกระจาย วิธีการเริ่มต้นใช้การออกแบบออปติคัลเฉพาะและการกำหนดค่าเครื่องตรวจจับเพื่อจัดลำดับความสำคัญของการจับโฟตอน ballistic อย่างไรก็ตามในสถานการณ์ที่ใช้งานได้จริงโฟตอน ballistic นั้นหายากและโฟตอนส่วนใหญ่ในสื่อที่กระจัดกระจายนั้นไม่ได้เป็นแบบบอลเนื่องจากการกระเจิงหลายครั้ง ดังนั้นเทคนิคดังกล่าวทำงานได้ไม่ดีในสื่อที่มีความหนาของแสงขนาดใหญ่และมีการบังคับใช้ จำกัด

การถ่ายภาพการกระจายแสงแบบคำนวณ:
ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีการถ่ายภาพการกระจายการคำนวณได้เกิดขึ้นโดยเน้นการใช้โฟตอนที่ไม่ใช่แบบบอลในสื่อการกระเจิงหนา วิธีการสำคัญ ได้แก่ :

• เอฟเฟกต์หน่วยความจำออพติคอลและอัลกอริทึมการดึงเฟส:
  เอฟเฟกต์หน่วยความจำแบบออพติคอลอธิบายว่าสื่อการกระเจิงรักษา "หน่วยความจำ" ของแสงตกกระทบภายใต้เงื่อนไขบางประการ - การเปลี่ยนแปลงขนาดเล็กในมุมการส่องสว่างหรือตำแหน่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่สัมพันธ์กันในสนามที่กระจัดกระจาย การใช้ประโยชน์จากเอฟเฟกต์นี้ด้วยอัลกอริทึมการดึงเฟสช่วยให้สามารถกู้คืนข้อมูลเฟสเป้าหมายจากเขตข้อมูลที่กระจัดกระจาย ตัวอย่างเช่นการทดลองสร้างภาพเป้าหมายขึ้นใหม่โดยเชื่อมโยงแสงที่กระจัดกระจายกับเป้าหมายผ่านเอฟเฟกต์หน่วยความจำและการแก้ข้อมูลเฟสซ้ำ ๆ วิธีนี้แสดงให้เห็นถึงสัญญาสำหรับสื่อการกระเจิงที่มีความหนาและศักยภาพในการถ่ายภาพระยะยาวและระยะยาว

• การถ่ายภาพการเลี้ยวเบนที่สอดคล้องกัน:
  เทคนิคนี้ใช้การส่องสว่างแสงที่สอดคล้องกันและอัลกอริทึมซ้ำเพื่อสร้างแอมพลิจูดเป้าหมายและเฟสจากรูปแบบการเลี้ยวเบนที่วัดได้ โดยการบันทึกความเข้มแสงที่กระจัดกระจาย (ขาดข้อมูลเฟส) อัลกอริทึมการดึงเฟสจะแก้ปัญหาซ้ำ ๆ สำหรับข้อมูลที่ขาดหายไป การถ่ายภาพการเลี้ยวเบนที่สอดคล้องกันเกินขีด จำกัด ความละเอียดแบบดั้งเดิมทำให้สามารถถ่ายภาพความละเอียดสูงของโครงสร้างจุลภาคในวัสดุด้านวัสดุและชีวการแพทย์

• เครื่องยนต์วนซ้ำ Ptychographic:
  Ptychography สร้างภาพความละเอียดสูงขึ้นใหม่โดยการสแกนที่ทับซ้อนของภูมิภาคเป้าหมายและการประมวลผลข้อมูลความเข้มที่กระจัดกระจายซ้ำ ๆ การปรับตำแหน่งการสแกนอย่างต่อเนื่องและมุมช่วยเพิ่มการเก็บข้อมูลปรับปรุงความละเอียดและคุณภาพ วิธีนี้มีความเชี่ยวชาญในการถ่ายภาพเป้าหมายที่ไม่ใช่สปาร์สและมีคุณค่าที่สำคัญในการประยุกต์ใช้การถ่ายภาพการอภิปรายในทางปฏิบัติ

ความท้าทายและข้อ จำกัด :
แม้จะมีความก้าวหน้าที่โดดเด่น

• สภาพแวดล้อมแบบไดนามิก: สื่อการกระเจิงที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว (เช่นควันไหล, เนื้อเยื่อชีวภาพแบบไดนามิก) ต้องการการประมวลผลแบบเรียลไทม์ของข้อมูลการกระเจิงที่พัฒนาขึ้นซึ่งต้องการอัลกอริทึมที่มีประสิทธิภาพสูงและพลังงานการคำนวณ

• ความละเอียดและคุณภาพ: สื่อการกระเจิงหนามักจะลดคุณภาพของภาพเนื่องจากการสูญเสียข้อมูลและเสียงรบกวนจากการกระเจิงหลายครั้งนำไปสู่การเบลอหรือการบิดเบือน

• ความจำเพาะของสถานการณ์: เทคนิคหลายอย่างยอดเยี่ยมในเงื่อนไขเฉพาะ แต่ขาดความสามารถทั่วไปโดยจำกัดความแข็งแกร่งของพวกเขาในแอพพลิเคชั่นจริงที่หลากหลาย

แอปพลิเคชัน:

• Biomedicine: ช่วยให้การถ่ายภาพโครงสร้างเนื้อเยื่อภายในผ่านการกระเจิงของแสงช่วยในการวินิจฉัยโรค (เช่นการตรวจจับมะเร็งระยะเริ่มต้นผ่านการวิเคราะห์แสงที่กระจัดกระจายจากเนื้อเยื่อ)

• การตรวจสอบด้านสิ่งแวดล้อม: อำนวยความสะดวกในการถ่ายภาพผ่านหมอกควันหรือหมอกควันเพื่อตรวจสอบแหล่งมลพิษที่อยู่ห่างไกลหรือปรากฏการณ์อุตุนิยมวิทยา

• การตรวจสอบอุตสาหกรรม: สนับสนุนการทดสอบวัสดุทึบแสงแบบไม่ทำลายโดยการวิเคราะห์แสงที่กระจัดกระจายเพื่อระบุข้อบกพร่องภายในเพิ่มคุณภาพของผลิตภัณฑ์และความปลอดภัย