IGF



Grupa badawcza


Obrazowanie nadrozdzielcze i obliczeniowe

Lider grupy badawczej: dr hab. Rafał Kotyński

Zakład Optyki Informacyjnej


Obrazowanie nadrozdzielcze to termin obejmujący optyczne techniki pomiaru lub przesyłu informacji optycznej z rozdzielczością lepszą niż wynika z właściwości układu obrazującego, lub w pewnych przypadkach wyższą, niż wynika z ograniczenia dyfrakcyjnego. Jednym ze sposobów obrazowania nadrozdzielczego jest wykorzystanie ośrodka o wysokim współczynniku załamania. Idąc dalej, można w tym celu wykorzystać specjalnie zaprojektowany ośrodek nanostrukturalny na przykład metaliczno-dielektryczny metamateriał warstwowy. Jednym z przedmiotów zainteresowań grupy są takie właśnie struktury.

Obrazowanie obliczeniowe (ang. computational ghost imaging) obejmuje techniki obrazowania pośredniego, czyli takiego, w którym na wyjściu układu mierzymy inną wielkość fizyczną czy rodzaj danych, niż te które nas interesują. Sam zaś sygnał optyczny podlega modulacji w trakcie pomiaru. Pomiar ostatecznie wymaga rozwiązania problemu odwrotnego i następnie, zwykle kosztownej obliczeniowo, rekonstrukcji cyfrowej. Techniki rekonstrukcji oparte na teorii oszczędnego próbkowania (ang. compressive sensing) stanowią narzędzie do rozwiązania problemu odwrotnego także wtedy, gdy pomiar jest niekompletny, a problem odwrotny niejednoznacznie okreslony. W technikach tych wykorzystuje się nieznaną wewnętrzną strukturę danych i założenie o kompresowalności mierzonej informacji. Trwają bardzo intensywne prace nad wykorzystaniem obrazowania obliczeniowego i tzw. detektorów punktowych (ang. single pixel detector/camera) do obrazowania hiperspektralnego, polarymetrycznego, trójwymiarowego, obrazowania przez ośrodki rozpraszające, obrazowania w zakresach podczerwonym i terahercowym, czy obrazowania obiektów spoza bezpośredniego pola widzenia detektora.

Naszym aktualnym tematem zainteresowań związanym z projektem NCN-Opus "Nadrozdzielczość ukryta w polu dalekim i przekształcenia przestrzenno-widmowe" jest zastosowanie pomiaru pośredniego informacji o widmie obrazowym w polu dalekim do pomiaru informacji o geometrii nanostruktury, której bezpośrednie zobrazowanie układem mikroskopowym nie jest możliwe ze względu na obowiązywanie ograniczenia dyfrakcyjnego. Zeby to było możliwe, konieczne jest dyspersyjne wymieszanie informacji o widmie przestrzennym nanostruktury, tak żeby możliwa była jej propagacja w pole dalekie.

Przykładami niedawnych osiągnięć grupy są publikacje:

  • Czajkowski K.M., Pastuszczak A., Kotyński R., 2018:  Real-time single-pixel video imaging with Fourier domain regularization, Optics Express, vol. 26 , pp. 20009-20022 , 10.1364/OE.26.020009
  • Czajkowski K., Pastuszczak A. and Kotyński R., 2018: Single-pixel imaging with Morlet wavelet correlated random patterns,  Scientific Reports, vol. 8, art. 466 , 10.1038/s41598-017-18968-6

Zaproponowaliśmy w niej nowy rodzaj rozwiązania problemu odwrotnego występującego w kompresywnej detekcji jednopunktowej, dzięki której detektor jednopunktowy może działać w czasie rzeczywistym. Przedstawiliśmy wyniki doświadczalne uzyskane z użyciem naszego detektora, przy częstości rekonstrukcji 11Hz i rozdzielczości 256x256 punktów.

Wolnodostępne oprogramowanie, które na to pozwala udostępniliśmy na stronie FDRI.

 

Pilnie poszukujemy doktoranta, który chciałby dołączyć do grupy i pracować nad przygotowaniem doktoratu pod opieką Piotra Wróbla i Rafała Kotyńskiego (do zaoferowania mamy dwuletnie stypendium NCN w pełnej wysokości; nie jest zabronione łączenie stypendiów NCN i wydziałowego).

 

 

Projekt badawczy