Случайность способствовала

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 10986 (2023) Цитировать эту статью

774 Доступа

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Мы предлагаем и демонстрируем схему голографического изображения, использующую случайное освещение для записи голограммы, а затем применяющую численную реконструкцию и удаление двойных изображений. Мы используем линейную голографическую геометрию для записи голограммы с точки зрения корреляции второго порядка и применяем численный подход для восстановления записанной голограммы. Эта стратегия помогает восстановить высококачественные количественные изображения по сравнению с традиционной голографией, где голограмма записывается по интенсивности, а не по корреляции интенсивности второго порядка. Проблема двойного изображения встроенной голографической схемы решается с помощью метода глубокого обучения без учителя с использованием схемы автоматического кодирования. Предлагаемый метод обучения использует основную характеристику автокодировщиков для выполнения слепой однократной реконструкции голограммы, и это не требует набора данных с доступной достоверной информацией для обучения и позволяет восстановить голограмму исключительно на основе захваченного образца. Представлены экспериментальные результаты для двух объектов и проведено сравнение качества реконструкции традиционной встроенной голографии и полученной с помощью предложенной методики.

Цифровая голография (ЦГ) стала мощным инструментом для записи и восстановления информации об амплитуде и фазе волны1,2,3,4. Способность DH получать сложную информацию об амплитуде имеет широкий спектр применений в 3D-дисплеях5, микроскопии6, биомедицинской визуализации7 и многих других. DH обеспечивает количественные фазовые изображения с пространственным разрешением и реконструкции глубины. Линейные, внеосевые и фазосдвигающие схемы — вот несколько широко используемых схем. Во внеосевой голографии два когерентных и разделенных под углом луча интерферируют для записи информации голограммы8. Поскольку доступные цифровые детекторы имеют ограниченный шаг пикселя, угловое разделение между интерферирующими лучами накладывает ограничение на внеосевую ЦГ. Более того, наличие немодулированного члена и сопряжения ограничивает использование всей полосы пропускания во внеосевой геометрии DH. Фазовый сдвиг — это еще один метод, который использует несколько записей одного и того же объекта со сдвигами фазы опорной волны9,10,11,12. Среди нескольких голографических методов линейная голография имеет компактный дизайн и продукт с высокой пропускной способностью (SBP)13,14. Схемы линейной голографии могут быть разработаны с использованием одного пути и получены путем интерференции дифрагированных и недифрагированных волн, выходящих из объекта14. Однако узким местом линейной голографии является повсеместная проблема двойных изображений. Для решения этой проблемы были разработаны различные методы с использованием оптических и вычислительных методов15,16,17. Разработка таких методов, как неинтерферометрия и неитеративные схемы, основанные на методе Крамерса-Кронига18,19 и двухплоскостном связанном фазовом восстановлении для априорной голографической визуализации20, еще больше продвинула область построения сложных полевых изображений.

Качество реконструкции в ЦТ зависит от конфигураций записи. Из-за цифровой записи и ограничений детекторов повышение разрешения вызывает растущий интерес к DH. На разрешение цифровой голографической установки влияют такие факторы, как; числовая апертура, шаг детектора и дифракция. В прошлом были предложены различные методы улучшения разрешения в DH, и некоторые из этих методов включают уменьшение длины волны21, понижение частоты дискретизации шага детектора22, увеличение эффективной числовой апертуры23,24, расширение вычислительной пропускной способности25. Недавно были достигнуты некоторые успехи в разработке изображений с высоким САД с использованием пространственного модулятора света26, соотношения Крамерса-Кронига27,28 и внеосевого цифрового голографического мультиплексирования29. Структурированное световое освещение также использовалось для улучшения качества и разрешения изображения30,31,32,33,34,35,36. Чжэн и др. использовал структурированное освещение в разных ориентациях в сочетании с итеративным алгоритмом для повышения пространственного разрешения в DH36. Освещение спекл-поля также использовалось в DH для получения изображений с высоким разрешением и для увеличения поля зрения6,37,38,39,40,41,42. Однако эти методы освещения спеклов требуют записи нескольких голограмм со случайными шаблонами освещения для правильного устранения случайности.