Новая технология визуализации MASI ломает законы оптики, используя вычисления вместо линз

Исследователи из Университета Коннектикута представили революционный метод оптической визуализации, который обходит фундаментальные физические ограничения. Система под названием Multiscale Aperture Synthesis Imager (MASI) позволяет получать изображения с субмикронным разрешением на широком поле зрения, не используя линзы и не требуя сверхточной физической синхронизации датчиков.

Профессор Гоань Чжэн и его команда разработали новый сенсор для оптической съёмки без линз. Вдохновением послужила сеть радиотелескопов, сфотографировавшая чёрную дыру. Фото: University of Connecticut

Как объяснил руководитель исследования, профессор биомедицинской инженерии Гоань Чжэн, классический метод синтезированной апертуры, позволивший получить изображение чёрной дыры, в оптическом диапазоне сталкивается с непреодолимой проблемой: для синхронизации сигналов с нескольких датчиков на масштабах длины волны видимого света требуется невозможная физическая точность.

MASI решает эту проблему кардинально иным способом. Вместо того чтобы пытаться синхронизировать датчики физически, система позволяет каждому из них независимо собирать свет. Затем сложные вычислительные алгоритмы синхронизируют данные уже после измерения.

Это похоже на группу фотографов, снимающих одну сцену. Но вместо готовых снимков каждый записывает сырую информацию о поведении световых волн. Программное обеспечение затем объединяет эти отдельные измерения в одно изображение чрезвычайно высокого разрешения.

Система использует массив кодированных сенсоров, которые регистрируют дифракционные картины — информацию о том, как световые волны распространяются после взаимодействия с объектом. Вычислительные методы восстанавливают из этих данных как амплитуду, так и фазу волны, создавая виртуальную синтезированную апертуру, размер которой намного превышает размер любого отдельного датчика.

Ключевое преимущество MASI — в его масштабируемости. В то время как сложность традиционной оптики растёт экспоненциально с увеличением размера, новая система масштабируется линейно. Это открывает путь к созданию больших сенсорных массивов для приложений в криминалистике, медицинской диагностике, промышленном контроле и дистанционном зондировании, которые сегодня сложно даже представить.

Исследование, подробно описывающее технологию, было опубликовано в журнале Nature Communications.