Новое устройство
Исследователи из Японии изобрели камеру, способную снимать голограммы внутренних органов живых организмов в реальном времени, работа была опубликована на EurekAlert. Технология сочетает в себе голографические методы записи с высокоскоростными проекциями.
В разработке исследователи из Университета Кобе в Японии представили новаторскую систему камер, способную снимать трехмерные видео с помощью однопиксельного датчика. Этот подход сочетает в себе последние голографические методы записи с высокоскоростными проекциями, обеспечивая беспрецедентные возможности. Новая технология включает возможность визуализировать объекты, которые скрыты рассеивающей средой или даже невидимыми длинами волн света.
Голограммы всех форм и размеров встречаются в фильмах и видеоиграх, но в реальности таких голограмм пока нет, но есть имитирующие их технологии, которые уже используются в медицине, связи и концертах. Некоторые же голограммы в 2025 г. можно даже потрогать. Созданная же японскими учеными камера, обещает малоинвазивное наблюдение за внутренними органами людей и другие применения, где нужна микро- и 3D-визуализация.
Принцип голографической микроскопии заключается в том, что свет, проходя сквозь образец, меняет не только свою интенсивность, но и фазу. Совместив такой лазерный луч с референтным, можно получить трехмерную голограмму. Потенциально, голограмма содержит гораздо больше информации об объекте, чем плоское изображение в традиционной микроскопии. Однако, для ее использования требуется предварительная расшифровка.
Объединение двух методов
В 2025 г. голографические изображения без применения лазеров (когерентного света) создаются с использованием двух методов: Fresnel Incoherent Correlation Holography (FINCH) для видимого спектра и Optical Scanning Holography (OSH) для диапазонов за пределами видимого света. FINCH позволяет записывать голограммы движущихся объектов, тогда как OSH подходит только для неподвижных объектов, но работает в ультрафиолетовом, инфракрасном и терагерцевом диапазонах, где отсутствуют подходящие матрицы для регистрации изображений.
Методы FINCH и OSH используют отраженный, рассеянный естественный свет или люминесценцию, что упрощает и удешевляет их применение по сравнению с лазерными голографическими системами. Каждый метод имеет свои сильные и слабые стороны, но японские ученые разработали однопиксельную платформу, объединяющую преимущества обоих подходов. Эта технология позволяет снимать голографические видео даже через светорассеивающие препятствия, открывая новые возможности для практического использования уже в ближайшем будущем.
Модернизированная установка OSH использует сканирующую зеркальную систему, которая проецирует на объект специальные узоры. Эти узоры, за счет интерференции, позволяют воссоздавать объемное изображение. Отраженный свет улавливается однопиксельным датчиком и обрабатывается компьютером, а в некоторых случаях - с применением искусственного интеллекта (ИИ) для повышения качества реконструкции.
Показатели на тестах
Модернизированная система OSH значительно увеличила частоту подсветки объекта с 60 Гц в традиционных сканерах до 22 кГц, что позволило приблизиться к созданию динамических голографических изображений. В эксперименте камера обеспечивала скорость съемки 1 кадр в секунду (к/с), но ученые планируют довести ее до 30 к/с для создания полноценного видео, как в кино. Эта разработка открывает перспективы для голографической микроскопии, упрощая исследования в биологии и медицине.
Улучшение установки
Дальнейшее развитие будет иметь важное значение для совершенствования возможностей системы. Со слов исследователей, увеличение количества точек выборки и улучшение качества изображения являются ключевыми проблемами, которые необходимо решить. Для решения этих проблем исследовательская группа сосредоточилась на оптимизации шаблонов, проецируемых на образцы, и внедрении алгоритмов глубокого обучения, предназначенных для преобразования необработанных данных в связные изображения, пригодные для анализа.
Будущая реальность
Цифровая голография – способ регистрации 3D-информации с помощью цифровых камер. Сегодня она уже имеет широкое практическое применение, а в перспективе, как уверены ученые, будет незаменима в целом ряде областей, от медицины до астрономии.
Широкое развитие цифровой голографии началось сравнительно недавно, что связано с появлением качественных цифровых камер, однако уже получен целый ряд впечатляющих результатов. Со слов доцента Национального исследовательского ядерного университета (МИФИ) , при помощи цифровой голографии можно создавать реальную трехмерную визуализацию объектов и сцен. При этом не требуется специальных очков для наблюдения сцен или специального позиционирования наблюдателя. На этом принципе сейчас активно разрабатываются 3D-дисплеи, позволяющие визуализировать качественные изображения. Как уверены ученые, приближается момент, когда цветные изображения с голограмм будут сходны по качеству цветопередачи с фотографиями, воспроизводя при этом трехмерный образ объекта.
Со слов ученых из МИФИ, одно из текущих достижений – связь в 5G с использованием голографических принципов для создания образа собеседника. Специалисты считают, что уже через несколько лет возможен переход этой технологии в формат коммерческой услуги.
Крайне перспективным направлением является 3D-печать при помощи голограмм. Голографическое изображение детали разбивается сечениями на проекции и затем под программным контролем осуществляется быстрая послойная печать каждой проекции.
Активно развиваются направления цифровой голографии, применимые в научных и прикладных исследованиях: голографическая микроскопия (визуализация микро- и нанообъектов) и голографическая интерферометрия (динамическая регистрация изменения параметров объекта – температуры, формы, показателя преломления).
Кроме того, с 2020 г. цифровая голография уже находит широкое применение в медицинской и биологической визуализациях, в системах кодирования, передачи и хранения данных, а также позволяет повысить защищенность продукции, денежных знаков и банковских карт.
- Подобрать оптимальный виртуальный сервер VPS/VDS на ИТ-маркетплейсе Market.