Aleatoriedade assistida em

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 10986 (2023) Citar este artigo

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Propomos e demonstramos um esquema de imagem holográfica explorando iluminações aleatórias para registrar o holograma e depois aplicar reconstrução numérica e remoção de imagens gêmeas. Usamos uma geometria holográfica em linha para registrar o holograma em termos da correlação de segunda ordem e aplicamos a abordagem numérica para reconstruir o holograma gravado. Esta estratégia ajuda a reconstruir imagens quantitativas de alta qualidade em comparação com a holografia convencional, onde o holograma é gravado na intensidade e não na correlação de intensidade de segunda ordem. O problema da imagem dupla do esquema holográfico em linha é resolvido por um método baseado em aprendizado profundo não supervisionado usando um esquema de codificador automático. A técnica de aprendizagem proposta aproveita a característica principal dos autoencoders para realizar a reconstrução cega do holograma de disparo único, e isso não requer um conjunto de dados de amostras com informações básicas disponíveis para treinamento e pode reconstruir o holograma apenas a partir da amostra capturada. Resultados experimentais são apresentados para dois objetos, e é feita uma comparação da qualidade da reconstrução entre a holografia inline convencional e aquela obtida com a técnica proposta.

A holografia digital (DH) emergiu como uma ferramenta poderosa para registrar e reconstruir as informações de amplitude e fase da onda . A capacidade do DH de recuperar informações complexas de amplitude tem uma ampla gama de aplicações em exibições 3D5, microscopia6, imagens biomédicas7 e muito mais. O DH fornece imagens de fase quantitativas resolvidas espacialmente e reconstruções de profundidade. Em linha, fora do eixo e mudança de fase são alguns esquemas amplamente utilizados. Em uma holografia fora do eixo, dois feixes coerentes e separados angularmente interferem no registro da informação do holograma8. Como os detectores digitais disponíveis têm uma distância de pixel limitada, a separação angular entre os feixes interferentes introduz uma limitação para o DH fora do eixo. Além disso, a presença de termo não modulado e conjugado limita a utilização de toda a largura de banda em uma geometria DH fora do eixo. A mudança de fase é outra técnica que utiliza múltiplas gravações do mesmo objeto com mudanças de fase na onda de referência9,10,11,12. Dentre diversas técnicas holográficas, a holografia em linha possui um design compacto e um produto de alta largura de banda espacial (SBP) . Esquemas de holografia em linha podem ser projetados usando um único caminho e obtidos pela interferência de ondas difratadas e não difratadas emergentes do objeto . No entanto, um gargalo da holografia em linha é o problema onipresente da imagem gêmea. Várias técnicas foram desenvolvidas para resolver esse problema utilizando métodos ópticos e computacionais15,16,17. O desenvolvimento de técnicas como esquemas não interferométricos e não iterativos baseados no método Kramers-Kronig e recuperação de fase acoplada de plano duplo para imagens holográficas não anteriores avançaram ainda mais o campo da imagem de campo complexa.

A qualidade da reconstrução no DH depende das configurações de gravação. Devido à gravação digital e às restrições dos detectores, melhorar a resolução é um interesse emergente no DH. A resolução em uma configuração holográfica digital é influenciada por fatores como; a abertura numérica, passo do detector e difração. No passado, várias técnicas foram propostas para melhorar a resolução no DH, e algumas dessas técnicas estão diminuindo o comprimento de onda21, reduzindo a amostragem do passo do detector22, aumentando a abertura numérica efetiva23,24, expandindo a largura de banda computacional25. Recentemente, alguns avanços foram feitos para desenvolver imagens de alta PAS usando modulador de luz espacial26, relação Kramers-Kronig27,28 e multiplexação holográfica digital fora do eixo29. A iluminação com luz estruturada também tem sido utilizada para melhorar a qualidade e resolução da imagem30,31,32,33,34,35,36. Zheng et al. usou iluminação estruturada em diferentes orientações combinada com um algoritmo iterativo para melhorar a resolução espacial no DH36. A iluminação do campo speckle também tem sido usada no DH para imagens de alta resolução e na ampliação do campo de visão6,37,38,39,40,41,42. No entanto, estes métodos de iluminação pontilhada necessitam da gravação de vários hologramas com padrões de iluminação aleatórios para o cancelamento adequado da aleatoriedade.