Μια νέα διάταξη για μια κάμερα ενός pixel, μπορεί να καταγράψει τρισδιάστατες ολογραφικές ταινίες. Παράλληλα, η νέα τεχνική μπορεί να τραβήξει εικόνες εκτός του ορατού φάσματος, ακόμα και μέσα από ανθρώπινους ιστούς. Η νέα τεχνολογία από το Πανεπιστήμιο του Kobe, ανοίγει την πόρτα για την ολογραφική μικροσκοπία σε βίντεο!
Τα ολογράμματα δεν έχουν στόχο μόνο την διασκέδασή μας ή τα αυτοκόλλητα ασφαλείας στις κάρτες μας. Έχουν πάρα πολλές επιστημονικές εφαρμογές, ιδιαίτερα σε αισθητήρες και μικροσκοπία. Μέχρι σήμερα, τα ολογράμματα απαιτούν laser για την εγγραφή, ενώ πιο πρόσφατα έχουν αναπτυχθεί τεχνικές που μπορούν να καταγράψουν εικόνες σε ολογράμματα, με φως από το περιβάλλον ή φως που προέρχεται από ένα δείγμα.
Υπάρχουν δύο βασικές τεχνικές που μπορούν να το κάνουν. Η μία ονομάζεται «FINCH» και χρησιμοποιεί έναν αισθητήρα εικόνας 2D που είναι αρκετά γρήγορος για την εγγραφή ταινιών, αλλά περιορίζεται στο ορατό φως και σε ανεμπόδιστη θέα. Η δεύτερη τεχνική ονομάζεται «OSH» και χρησιμοποιεί κάμερα με έναν αισθητήρα ενός pixel, που μπορεί να καταγράψει μέσω μέσων σκέδασης ή με φως εκτός του οπτικού φάσματος, όμως μπορεί να καταγράφει εικόνες μόνο από ακίνητα αντικείμενα.
Η νέα διαμόρφωση από το Πανεπιστήμιο Kobe, ξεπερνά τους περιορισμούς της τεχνικής OSH, προσφέροντας την δυνατότητα καταγραφείς τρισδιάστατων εικόνων σε πραγματικό χρόνο, ακόμα και όταν αυτά κινούνται, όπως βιολογικούς ιστούς σε κίνηση ή τα σώματα ζωντανών οργανισμών.
Η νέα τεχνική συνδυάζει τα καλύτερα στοιχεία και των δύο προηγούμενων τεχνικών. Για να να το πετύχει αυτό, η ομάδα κατασκεύασε μια διάταξη που χρησιμοποιεί μια «ψηφιακή συσκευή μικροκατοπτρισμού» υψηλής ταχύτητας για να προβάλλει στο αντικείμενο τα μοτίβα που απαιτούνται για την καταγραφή του ολογράμματος. «Αυτή η συσκευή λειτουργεί στα 22 kHz, ενώ οι συσκευές που χρησιμοποιούνταν προηγουμένως έχουν ρυθμό ανανέωσης 60 Hz. Αυτή είναι μια διαφορά ταχύτητας που ισοδυναμεί με τη διαφορά μεταξύ ενός ηλικιωμένου που κάνει μια χαλαρή βόλτα και ενός ιαπωνικού τρένου υψηλής ταχύτητας», εξηγεί ο Yoneda, επικεφαλής της μελέτης.
Η ομάδα δημοσίευσε τα ευρήματά της και τα πειράματα απόδειξης λειτουργίας, στο περιοδικό Optics Express. Σε αυτά βλέπουμε πως η υλοποίησή τους δεν καταγράφει μόνο τρισδιάστατες εικόνες κινούμενων αντικειμένων, αλλά και πως θα μπορούσαν να κατασκευάζουν ένα μικροσκόπιο που θα καταγράφει μια ολογραφική ταινία, μέσα από ένα αντικείμενο σκέδασης φωτός. Στις δοκιμές τους είδαν μέσα από το κρανίο ενός ποντικού.
Ο ρυθμός των καρέ του βίντεο ήταν αρκετά χαμηλός, με μόλις ένα καρέ το δευτερόλεπτο, όμως ο Yoneda και η ομάδα του, παρουσίασαν υπολογισμούς που δείχνουν πως θεωρητικά θα μπορούσαν να φτάσουν σε ένα ρυθμό καρέ μέχρι και 30Hz, που είναι ένας τυπικός ρυθμός καρέ για ταινίες. Αυτό θα επιτυγχανόταν μέσω μιας τεχνικής συμπίεσης που ονομάζεται «αραιή δειγματοληψία», η οποία λειτουργεί μη καταγράφοντας κάθε τμήμα της εικόνας όλη την ώρα, αλλά μόνο τα τμήματα που κινούνται.
Θα συγκρουστεί ο Γαλαξίας μας με τον γαλαξία της Ανδρομέδας; Τι λέει η τελευταία προσομοίωση;
Οι υλοποιήσεις που μπορεί να έχει αυτή η τεχνολογία είναι πάρα πολλές. Ο Yoneda λέει:
«Αναμένουμε ότι αυτό θα εφαρμοστεί στην ελάχιστα επεμβατική, τρισδιάστατη βιολογική παρατήρηση, επειδή μπορεί να απεικονίσει αντικείμενα που κινούνται πίσω από ένα μέσο σκέδασης. Αλλά υπάρχουν ακόμη εμπόδια που πρέπει να ξεπεραστούν. Πρέπει να αυξήσουμε τον αριθμό των σημείων δειγματοληψίας, καθώς και την ποιότητα της εικόνας. Για αυτό, προσπαθούμε τώρα να βελτιστοποιήσουμε τα μοτίβα που προβάλλουμε στα δείγματα και να χρησιμοποιήσουμε αλγόριθμους βαθιάς μάθησης για τον μετασχηματισμό των ακατέργαστων δεδομένων σε εικόνα».
Αυτές οι υλοποιήσεις εκτείνονται και πέρα από την ιατρική. Μπορούμε να δούμε αντίστοιχες υλοποιήσεις σε τομείς όπως η ασφάλεια ή ακόμα και η εξερεύνηση του διαστήματος. Αυτό είναι ένα από τα καλύτερα παραδείγματα του πόσο κοινό δρόμο έχει η τεχνολογία και η επιστήμη!
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Optics Express.
