Investigadores de la Universidad Hebrea presentan el modelado de frente de onda holográfico computacional guiado por imágenes, que ofrece soluciones rápidas y versátiles para desafíos complejos de imágenes.
Un estudio innovador realizado por investigadores del Instituto de Física Aplicada de la Universidad Hebrea de Jerusalem, publicado en Nature Photonics, presenta un nuevo método revolucionario para obtener imágenes no invasivas de alta resolución a través de medios altamente dispersos.
El equipo, dirigido por el profesor Ori Katz, Omri Haim y Jeremy Boger-Lombard, presenta una técnica computacional basada en holografía que aborda los desafíos clave en el campo de las imágenes ópticas y abre nuevas puertas para aplicaciones en diversas áreas como imágenes médicas, vehículos autónomos y microscopía.
El estudio presenta un enfoque sin estrellas guía que elimina la necesidad de herramientas tradicionales como moduladores de luz espacial (SLM) de alta resolución o mediciones extensas, lo que permite obtener imágenes a través de medios de dispersión complejos con una velocidad y precisión sin precedentes.
Al emular computacionalmente los experimentos de conformación de frente de onda, esta nueva técnica optimiza múltiples “SLM virtuales” simultáneamente, lo que permite al sistema reconstruir imágenes de alta calidad sin requerir información previa sobre el objetivo o los patrones de dispersión.
Principales logros
Alta versatilidad y flexibilidad
Este método puede corregir más de 190.000 modos dispersos utilizando solo 25 campos de luz dispersos capturados holográficamente obtenidos bajo iluminaciones aleatorias desconocidas. La nueva técnica ofrece flexibilidad en varias modalidades de imagen, incluida la epiiluminación, la corrección multiconjugada de capas dispersas y la endoscopia sin lentes.
Reducción de las demandas computacionales y de memoria
A diferencia de las técnicas convencionales que requieren el cálculo de matrices de reflexión completas, este enfoque innovador reduce drásticamente la asignación de memoria y acelera el proceso de obtención de imágenes, lo que permite una corrección más rápida y efectiva de la dispersión compleja.
Aplicaciones en todos los campos
El estudio demuestra el potencial de esta técnica para aplicarse en diversas áreas, incluidas las imágenes de tejidos biológicos, la endoscopia de fibra multinúcleo e incluso la tomografía acusto-óptica. El método también promete ofrecer soluciones en áreas como la geofísica, el radar y la ecografía médica.
“Estamos entusiasmados de presentar un nuevo enfoque en la tecnología de imágenes que permite obtener imágenes de alta resolución a través de medios altamente dispersos con órdenes de magnitud menos mediciones que el estado del arte, sin la necesidad de un conocimiento previo del objetivo o equipos costosos”, dice el profesor Ori Katz. “Esta innovación cambia el desafío del hardware físico a la optimización computacional, ofreciendo una solución naturalmente paralelizable que se puede aplicar en muchos campos”.
La investigación tiene el potencial de transformar áreas clave de estudio científico y aplicaciones prácticas, ofreciendo una solución rápida, no invasiva y altamente adaptable para la obtención de imágenes en entornos complejos. El equipo ya está explorando direcciones futuras, incluida la optimización del método para muestras volumétricas continuas, como tejidos biológicos gruesos, y la reducción adicional del número de hologramas requeridos.
El artículo de investigación titulado “Image-guided Computational Holographic Wavefront Shaping”, ya está disponible en Nature Photonics.
Investigadores:
Omri Haim y Jeremy Boger-Lombard y Ori Katz.
Instituto de Física Aplicada, Universidad Hebrea de Jerusalem.
Financiación:
Este trabajo ha recibido financiación del Consejo Europeo de Investigación en el marco de la subvención número 101002406 del Programa de Investigación e Innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea.
Esta investigación fue apoyada por una beca patrocinada por el Ministerio de Innovación, Ciencia y Tecnología de Israel.
