Универсальная система позволяет создавать индивидуальные трёхмерные функции рассеяния точки для продвинутого формирования изображений

от

Инженеры из Инженерной школы Самуэли при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA) представили универсальную систему для проектирования функций рассеяния точки (ФРТ), которая позволяет синтезировать произвольные, пространственно изменяющиеся трёхмерные ФРТ с помощью дифракционных оптических процессоров. Исследование [опубликовано](https://www.nature.com/articles/s41377-025-01887-x) в журнале Light: Science & Applications.

Возможности системы

Эта система открывает новые возможности для продвинутого формирования изображений, такие как моментальное трёхмерное мультиспектральное изображение, без необходимости в спектральных фильтрах, осевом сканировании или цифровой реконструкции.

Роль проектирования ФРТ

Проектирование ФРТ играет значительную роль в современной микроскопии, спектроскопии и вычислительной визуализации. Традиционные методы обычно используют фазовые маски в плоскости зрачка, которые ограничивают сложность и математическое представление достижимых структур ФРТ.

Подход, разработанный в UCLA

Разработанный в UCLA подход позволяет создавать произвольные, пространственно изменяющиеся трёхмерные ФРТ с помощью серии пассивных поверхностей, оптимизированных с помощью алгоритмов глубокого обучения, формируя физический дифракционный оптический процессор.

Благодаря обширному анализу исследователи показали, что эти дифракционные процессоры могут аппроксимировать любое линейное преобразование между трёхмерными распределениями оптической интенсивности во входных и выходных объёмах. Это обеспечивает точный контроль света в трёх измерениях с дифракционным ограничением, открывая путь для создания сложных оптических функций для трёхмерной обработки оптической информации.

Совместное проектирование пространственных и спектральных свойств

Совместное проектирование пространственных и спектральных свойств трёхмерных ФРТ поддерживает мощные методы визуализации, такие как моментальное трёхмерное мультиспектральное изображение, достигаемое без механического сканирования, спектральных фильтров или вычислительной постобработки. Этот полностью оптический подход предлагает непревзойденную универсальность для высокоскоростных и высокопроизводительных оптических систем.

Значение работы

Эта работа является важным шагом для будущих достижений в области вычислительной визуализации, оптической сенсорики и спектроскопии, а также трёхмерной обработки оптической информации. Потенциальные приложения включают компактные мультиспектральные имиджеры, высокопроизводительные платформы трёхмерной микроскопии и новые системы оптического кодирования и передачи данных.

Исследование провели доктор Мд Садман Сакиб Рахман и доктор Айдоган Озкан из Департамента электротехники и вычислительной техники Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Института Калифорнийских наносистем (CNSI).

Предоставлено Институтом передовых технологий Инженерной школы UCLA.