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:

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.

 

Udostępnienie/publikacja oprogramowania (licencja GNU):

 

 

 

 

Image of the Week ze strony www.osapublishing.org z naszego artykułu

Czy można zrobić film fotodiodą? 

Dziewiętnastowieczna telewizja mechaniczna nie wykorzystywała kamer tylko wirujący dysk Nipkowa. Współczesne cyfrowe metody transmisji obrazu nie przesyłają go punkt po punkcie, a wykorzystują  kompresję stratną. Co z tych pomysłów można wykorzystać do budowy nowych detektorów? Jak zbudować kamerę działającą jednocześnie w kilku zakresach widmowych używając po jednej fotodiodzie, a nie macierzy detektorów na każdy zakres? Pytanie ważne szczególnie w odniesieniu do zakresów, dla których macierze detektorów nie istnieją lub są drogie. Kluczem jest odpowiednie zdefiniowanie pomiaru pośredniego, tak żeby za kompresję odpowiedzialny był już pomiar optyczny, a nie operacja na obrazie cyfrowym. Diabeł tkwi w szczegółach - jak zadbać o wysoką entropię informacyjną pomiaru, jak w prostym układzie zdefiniować pomiar różnicowy, jak wykorzystać wiedzę o statystyce obrazu i jak zrekonstruować obraz z pomiaru bez użycia dużych mocy obliczeniowych? Napisaliśmy o tym w naszym artykule

Differential real-time single-pixel imaging with Fourier domain regularization: applications to VIS-IR imaging and polarization imaging See Visualization 4 in Opt. Express 29(17), 26685-26700 (2021). 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Film przedstawiający pomiar ruchomego robota-zabawki na tle napisu FUW i testu rozdzielczości, OSA zamieściła jako Image of the Week 7 September 2021 na stronie www.osapublishing.org

 

 

Projekt badawczy