Abbildung durch Zufallsmedien unter Verwendung kohärenter Mittelung

Eine kürzlich mit UNIST verbundene Studie hat eine effektive Methode zur Wiederherstellung von durch Nebel verzerrten Bildern vorgestellt. Dem Forscherteam zufolge kann ihre Methode auch einen Durchbruch bringen, indem sie die zufälligen Schwankungen für die beugungsbegrenzte Bildrekonstruktion durch lebendes Gewebe ausnutzt.

Veröffentlicht in Laser- und Photonik-Rezensionenwurde dieser Durchbruch von Professor Jung-Hoon Park in der Abteilung für Biomedizinische Technik an der UNIST geleitet.

In dieser Studie demonstrierte das Forschungsteam eine neue Methode zur Phasenwiedergewinnung unter Verwendung zufällig verzerrter Bilder, indem einfach die Fourier-Phaseninformationen ausgenutzt werden, die durch die Verwendung der bisher nie realisierten Shift-and-Add-Methode wiederhergestellt werden.

Im Gegensatz zu früheren Ansätzen beim iterativen Phasenabruf, die im Voraus Annahmen über das Objekt erfordern, wie z. B. Nicht-Negativität und Einschränkungen des Ausdehnungsbereichs des Objekts, ist das neue Verfahren schnell, fast ohne übermäßige Rechenlast und erfordert keine vorab angenommenen Einschränkungen oder erste Vermutungen. Es erregt auch Aufmerksamkeit als Technologie, die hochwertige Bilder für autonome Fahrzeuge oder hochauflösende Bilder in biologischen Geweben erfassen wird.

Verschiedene Phänomene des Alltags können durch verschiedene Faktoren wie Dunst, Nebel und Wind verdeckt werden. Diese Verringerung des Betrachtungsabstands führt zu Verhaltenseinschränkungen, insbesondere als Risikofaktor für das Autofahren. Daher muss die Bildverzerrung überwunden werden, um sicheres autonomes Fahren unabhängig vom Wetter zu implementieren.

Adaptive Optik (AO), die Bildverzerrungen korrigiert, wird bereits in der astronomischen Raumfahrt eingesetzt. Es korrigiert das von der Atmosphäre verzerrte Sternenlicht, um das Universum klar zu beobachten. Diese Technologie erfordert jedoch teure professionelle Geräte wie Wellenfrontmessgeräte und Wellenfrontcontroller, was es schwierig macht, sie zur Überwindung von Bildverzerrungen im täglichen Leben einzusetzen.

In dieser Studie demonstrierte das Forschungsteam eine neue Phase-Retrieval-Methode für die Bildgebung durch zufällige Medien. Obwohl Verfahren zur Wiederherstellung der Fourier-Amplitude durch zufällige Verzerrungen gut etabliert sind, war die Wiederherstellung der Fourier-Phase ein schwierigeres Problem und ist immer noch ein sehr aktives und wichtiges Forschungsgebiet.

Es hat sich gezeigt, dass durch einfaches Ensemble-Mitteln von verschiebungskorrigierten Bildern die Fourier-Phase eines Objekts, das durch zufällige Verzerrungen verdeckt ist, bis zur Beugungsgrenze genau wiedergewonnen werden kann. Nach Angaben des Forschungsteams ist die Methode einfach, schnell, hat keine Optimierungsparameter und erfordert keine Vorkenntnisse oder Annahmen über die Probe.

Darüber hinaus wurden die Machbarkeit und Robustheit der Methode demonstriert, indem alle rechnerischen beugungsbegrenzten Abbildungen durch atmosphärische Turbulenzen sowie Abbildungen durch mehrere Streumedien realisiert wurden.