Sara Redmond, Konnektikut Universiteti tərəfindən

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləriProfessor Guoan Zhengin laboratoriyası, linzalar olmadan optik super qətnamə əldə edən yeni bir görüntü sensoru hazırladı. İlk qara dəlik görüntüsünü çəkən teleskop massivindən ilhamlanan cihaz, daha incə detalları görmək üçün müşahidələrini hesablama yolu ilə birləşdirərək, birlikdə işləyən birdən çox sensordan istifadə edir. Mənbə: Konnektikut Universiteti

Görüntüləmə texnologiyası kainatı müşahidə etməyimizi dəyişdirib — uzaq qalaktikaları radio teleskop massivləri ilə xəritələşdirmədən canlı hüceyrələrin içərisindəki mikroskopik detalları açmağa qədər. Onilliklər ərzində aparılan yeniliklərə baxmayaraq, fundamental bir maneə qalmaqdadır: çətin linzalar və ya ciddi uyğunlaşdırma məhdudiyyətləri olmadan optik dalğa uzunluqlarında yüksək qətnaməli, geniş sahəli şəkillər çəkmək.

Biotibbi mühəndislik professoru və UConn Biotibbi və Biomühəndislik İnnovasiya Mərkəzinin (CBBI) direktoru Guoan Zheng və onun UConn Mühəndislik Kollecindəki tədqiqat qrupunun yeni tədqiqatı Nature Communications jurnalında dərc edilib . Bu tədqiqat elm, tibb və sənayedə optik görüntüləməni yenidən təyin edə biləcək inqilabi bir həll təqdim edir.

“Bu irəliləyişin mərkəzində uzun müddətdir davam edən texniki problem dayanır”, – deyə Çjen bildirib. “Event Horizon Teleskopunun qara dəliyi görüntüləməsinə imkan verən metod olan sintetik diafraqma görüntüləməsi, daha böyük görüntü diafraqmasını simulyasiya etmək üçün birdən çox ayrılmış sensordan ölçüləri ardıcıl şəkildə birləşdirərək işləyir.”

Radio astronomiyasında bu mümkündür, çünki radio dalğalarının dalğa uzunluğu daha uzundur və bu da sensorlar arasında dəqiq sinxronizasiyanı mümkün edir. Lakin maraq miqyasının xeyli kiçik olduğu görünən işıq dalğa uzunluqlarında ənənəvi sinxronizasiya tələblərini fiziki olaraq yerinə yetirmək demək olar ki, mümkün deyil.

https://www.youtube.com/embed/asmFPYvawM0?color=whiteKredit: Konnektikut Universiteti

MASI optik maneələri necə aşır

Çoxölçülü Apertura Sintezi Təsviri (MASI) bu çətinliyi alt-üst edir. Birdən çox optik sensoru mükəmməl fiziki sinxronizasiyada işləməyə məcbur etmək əvəzinə – nanometr səviyyəli dəqiqlik tələb edən bir iş – MASI hər bir sensorun işığı müstəqil şəkildə ölçməsinə və sonra məlumatları sinxronizasiya etmək üçün hesablama alqoritmlərindən istifadə etməsinə imkan verir.

Zheng izah etdi ki, bu, birdən çox fotoqrafın eyni səhnəni adi fotoşəkillər kimi deyil, işıq dalğası xüsusiyyətlərinin xam ölçüləri kimi çəkməsinə və sonra proqram təminatının bu müstəqil görüntüləri bir ultra yüksək qətnaməli görüntüyə birləşdirməsinə bənzəyir.

Bu hesablama fazası sinxronizasiya sxemi, optik sintetik apertura sistemlərinin indiyə qədər praktik tətbiqinə mane olan sərt interferometrik qurğulara olan ehtiyacı aradan qaldırır.

MASI-nin unikal görüntüləmə yanaşması

MASI ənənəvi optik görüntüləmədən iki transformativ şəkildə fərqlənir. MASI, işığı sensora fokuslamaq üçün linzalara etibar etmək əvəzinə, difraksiya müstəvisinin müxtəlif hissələrində yerləşdirilmiş kodlaşdırılmış sensorlar massivini yerləşdirir.MASI tərəfindən görüntülənən güllə patronu. Yuxarıda: Tutulan mürəkkəb elektrik sahəsi həm amplituda (parlaqlıq), həm də faza (rəng) məlumatlarını ehtiva edir. Aşağıda: Bu məlumatlar mikrometr qətnaməsində 3D rekonstruksiyaya imkan verir və güllə gilizini müəyyən bir silahla əlaqələndirə bilən unikal bir işarə olan atəş sancağının izini göstərir. Mənbə: Konnektikut Universiteti

Hər biri xam difraksiya nümunələrini – əsasən işıq dalğalarının bir obyektlə qarşılıqlı təsirdən sonra yayılma tərzini əks etdirir. Bu difraksiya ölçmələri həm amplituda, həm də faza məlumatlarını ehtiva edir və bunlar hesablama alqoritmləri istifadə edilərək bərpa olunur.

Hər bir sensorun mürəkkəb dalğa sahəsi bərpa edildikdən sonra, sistem dalğa sahələrini rəqəmsal şəkildə doldurur və ədədi olaraq obyekt müstəvisinə qaytarır. Hesablama fazası sinxronizasiya metodu daha sonra vahid rekonstruksiyada ümumi koherentliyi və enerjini maksimum dərəcədə artırmaq üçün hər bir sensorun məlumatlarının nisbi faza ofsetlərini təkrarlanan şəkildə tənzimləyir.

Bu addım əsas yenilikdir: sensorları fiziki olaraq uyğunlaşdırmaq əvəzinə, proqram təminatında birləşdirilmiş dalğa sahələrini optimallaşdırmaqla MASI ənənəvi optika tərəfindən tətbiq olunan difraksiya limitini və digər məhdudiyyətləri aradan qaldırır.

Nəticə? İstənilən tək sensordan daha böyük virtual sintetik diafraqma, submikron qətnamə və linzalar olmadan geniş sahə əhatə dairəsi təmin edir.

MASI-nin üstünlükləri və gələcək potensialı

Mikroskoplarda, kameralarda və ya teleskoplarda olan adi linzalar dizaynerləri güzəştə getməyə məcbur edir. Kiçik xüsusiyyətləri həll etmək üçün linzalar obyektə daha yaxın, çox vaxt millimetrlər daxilində olmalıdır ki, bu da iş məsafəsini məhdudlaşdırır və müəyyən görüntüləmə tapşırıqlarını praktik və ya invaziv edir.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

MASI yanaşması linzalardan tamamilə imtina edir, santimetr məsafədən difraksiya nümunələrini çəkir və submikron səviyyələrinə qədər qətnamə ilə görüntüləri bərpa edir. Bu, insan saçındakı incə qıvrımları gözünüzdən santimetrlərlə uzaqlaşdırmaq əvəzinə, masaüstünün üzərindən araşdıra bilməyə bənzəyir.

“MASI-nin potensial tətbiqləri məhkəmə tibb elmindən və tibbi diaqnostikadan tutmuş sənaye yoxlamasına və məsafədən zondlamağa qədər bir çox sahəni əhatə edir”, – deyə Çjen bildirib.

“Amma ən maraqlısı miqyaslanma qabiliyyətidir – böyüdükcə eksponensial olaraq daha mürəkkəbləşən ənənəvi optikadan fərqli olaraq, sistemimiz xətti olaraq miqyaslanır və potensial olaraq hələ təsəvvür etmədiyimiz tətbiqlər üçün böyük massivlərə imkan verir.”

Çoxmiqyaslı Apertura Sintezi Görüntüləyicisi optik görüntüləmədə bir paradiqma dəyişikliyini təmsil edir: hesablamanın fiziki optikanın tətbiq etdiyi fundamental məhdudiyyətləri aradan qaldırdığı bir dəyişiklik. Sinxronizasiyadan ölçməni ayırmaqla və böyük linzaları proqram təminatı ilə idarə olunan sensor massivləri ilə əvəz etməklə, MASI yüksək qətnaməli, çevik və miqyaslana bilən yeni bir görüntüləmə sahəsini açır.

Daha çox məlumat: Ruihai Wang və digərləri, Çoxmiqyaslı diafraqma sintezi görüntüləyicisi, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-65661-8

Jurnal məlumatları: Nature Communications 

Konnektikut Universiteti tərəfindən təmin edilir