Ciência Optoeletrônica publicou um estudo expandindo a microespectroscopia infravermelha com o método de reconstrução computacional Lucy-Richardson-Rosen.
As tecnologias de imagem computacional reduziram substancialmente os custos dos sistemas de imagem e, ao mesmo tempo, melhoraram significativamente seus desempenhos, como capacidade de imagem tridimensional, imagem multiespectral com um sensor monocromático, etc., No entanto, os métodos de imagem computacional não estão livres de desafios. A maioria, senão todos os métodos de imagem computacional requerem moduladores ópticos especiais, como placas de dispersão, aberturas de zona de Fresnel e aberturas codificadas que mapeiam cada ponto do objeto em uma distribuição de intensidade especial. Um método computacional reconstrói a distribuição de intensidade registrada em imagens multiespectrais e multidimensionais. Uma vez que uma etapa de reconstrução intermediária está envolvida, os métodos de imagem computacional são denominados geradores de imagens indiretos, enquanto os sistemas de imagens convencionais baseados em lentes são geradores de imagens diretos. A necessidade de moduladores ópticos especiais em imagens computacionais se deve às limitações nos mecanismos de reconstrução. Além disso, mesmo que os métodos computacionais acima possam renderizar informações adicionais do que os imageadores baseados em lentes convencionais, a qualidade da reconstrução nunca chegou ao nível de um imageador baseado em lentes.

Neste trabalho de pesquisa, um novo método de holografia computacional foi desenvolvido combinando dois métodos de deconvolução bem conhecidos, ou seja, o algoritmo de máxima verossimilhança desenvolvido por Lucy e Richardson e a correlação não linear desenvolvida por Rosen. Este algoritmo Lucy-Richardson-Rosen é capaz de deconvolucionar distribuições de intensidade obtidas de imagers diretos, como lentes objetivas Cassegrain. Este desenvolvimento liga métodos de imagem diretos e indiretos criando um grande impacto. Quando a condição de imagem é satisfeita, uma imagem direta do objeto é formada e quando a condição de imagem é perturbada, o método de reconstrução computacional é aplicado. O novo método foi aplicado à imagem de amostras químicas no sistema de microespectroscopia infravermelha do síncrotron australiano. A partir de uma única foto de câmera da amostra química e das conhecidas funções de espalhamento de ponto tridimensional das lentes objetivas Cassegrain, uma imagem tridimensional completa da amostra química é gerada pelo algoritmo Lucy-Richardson-Rosen.

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O grupo de pesquisa do Prof. Saulius Juodkazis, da Swinburne University of Technology, desenvolveu uma nova técnica de holografia computacional para imagens rápidas de amostras bioquímicas. A unidade de microespectroscopia infravermelha usa um detector de pixel único de mercúrio-cádmio-telureto resfriado por nitrogênio, um par de lentes objetivas Cassegrain com foco apertado e uma abordagem de varredura ponto a ponto para registrar informações bidimensionais de uma amostra. O método de varredura é demorado, limitando o número de amostras que podem ser estudadas durante um projeto de tempo de feixe síncrotron.

Neste projeto, o detector de pixel único foi substituído por um detector de matriz de ponto focal, e uma lente objetiva Cassegrain mais fraca foi usada para aumentar o diâmetro do feixe no plano da amostra. Este método permitiu imagens bidimensionais de disparo único das amostras. Os métodos de imagem computacional, como a holografia de correlação de abertura codificada, podem transformar os geradores de imagens convencionais em geradores de imagens tridimensionais.

Ao contrário dos métodos de imagem computacional anteriores, no método proposto, a imagem direta e a imagem indireta podem coexistir. Quando a condição de imagem é satisfeita, o sistema se comporta como um gerador de imagens direto e, quando a condição de imagem não é satisfeita, o sistema se comporta como um gerador de imagens indireto, exigindo reconstrução computacional. Um novo método de reconstrução foi projetado combinando dois métodos de reconstrução bem conhecidos, o algoritmo de máxima verossimilhança desenvolvido por Lucy e Richardson e o método de reconstrução não linear desenvolvido por Rosen. O novo algoritmo Lucy-Richardson-Rosen reconstruiu informações tridimensionais de amostras a partir de uma única tomada de câmera das amostras e pré-gravou a distribuição de intensidade de espalhamento de ponto tridimensional. Consequentemente, o método desenvolvido melhorou significativamente a velocidade de geração de imagens usando a unidade de microespectroscopia infravermelha.

Embora o novo algoritmo auxiliado pela técnica de imagem computacional tenha transformado a unidade de microespectroscopia infravermelha convencional em uma unidade de microespectroscopia infravermelha tridimensional, uma investigação mais aprofundada sobre o algoritmo revelou aspectos surpreendentes do algoritmo. O algoritmo foi capaz de deconvoluir numerosos campos ópticos determinísticos significativamente melhor do que os métodos de reconstrução computacional existentes. Acredita-se que o novo algoritmo de reconstrução irá revolucionar o campo da imagem computacional onde campos de espalhamento podem ser substituídos por campos determinísticos com melhor relação sinal-ruído e menor orçamento de fótons. + Explorar mais

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