Принципиально новый подход к оптической съемке позволяет получать изображения с разрешением менее микрона без использования линз. Новая технология может изменить подходы к визуализации в медицине, науке и промышленности — пишет « Hi-Tech_Mail.ru ».
Автор новостей
В основе инновационной технологии MASI (Multiscale Aperture Synthesis Imager) лежит давняя проблема оптики. Метод синтезированной апертуры — тот самый, что позволил телескопу Event Horizon сфотографировать черную дыру — объединяет данные с нескольких разнесенных датчиков, имитируя один гигантский объектив. В радиоастрономии это работает отлично: радиоволны достаточно длинные, чтобы синхронизировать сигналы с разных антенн. Но видимый свет имеет крошечную длину волны, и добиться идеальной физической синхронизации оптических датчиков традиционными методами практически невозможно.
Команда под руководством профессора биомедицинской инженерии Гоаня Чжэна нашла элегантное решение этой проблемы: вместо того чтобы требовать от датчиков идеального физического выравнивания, система позволяет каждому из них собирать свет независимо. Синхронизация происходит уже после съемки — с помощью вычислительных алгоритмов.
Чжэн сравнивает это с группой фотографов, снимающих одну сцену. Вместо обычных снимков каждый записывает «сырую» информацию о поведении световых волн. Затем программное обеспечение объединяет эти данные в единое изображение сверхвысокого разрешения.
MASI полностью отказывается от линз. Вместо них используется массив кодированных датчиков, которые регистрируют дифракционные картины — узоры, возникающие при взаимодействии света с объектом. Эти картины содержат информацию об амплитуде и фазе световых волн, которую затем восстанавливают вычислительными методами.
Традиционные объективы вынуждают инженеров идти на компромиссы: чем выше разрешение, тем ближе нужно подносить линзу к объекту — иногда на расстояние в несколько миллиметров. MASI снимает это ограничение, захватывая дифракционные картины с расстояния в сантиметры и при этом восстанавливая детали размером менее микрона. По словам Чжэна, это все равно что рассматривать мельчайшие бороздки на человеческом волосе с другого конца письменного стола.
«В потенциальную сферу применения MASI входит множество областей — от криминалистики и медицинской диагностики до промышленного контроля и дистанционного зондирования, — отмечает Чжэн. — Но самое впечатляющее — это масштабируемость: в отличие от традиционной оптики, сложность которой растет экспоненциально с увеличением размера, наша система масштабируется линейно».
Вычислительные методы оказались способны преодолевать фундаментальные ограничения физической оптики, и это обстоятельство может стать прологом для создания гибких и мощных систем визуализации нового поколения.
Ранее ученые получили самые четкие рентгеновские снимки черной дыры.
