麻省理工学院用开放式纤维开发新的成像系统

新的“光学刷”的纤维在一端连接到光电传感器阵列，并留在另一端的波动。

在麻省理工学院媒体实验室开发的新成像系统使用开放式光纤束 - 无透镜，需要防护壳体。

纤维在一端连接到光电传感器阵列;另一端可以自由留给波，因此它们可以通过多孔膜中的微米尺度间隙杂文，以图像无论是什么都在另一侧。

纤维束可以通过管道喂食并浸入流体中，以图像油田，含水层或管道，而不会冒险损坏防水外壳。纤维的紧密束可以产生具有较窄直径的内窥镜，因为它们不需要额外的电子器件。

纤维的自由端的位置不需要对应于阵列中的光电探测器的位置。通过测量光线突发的不同时间到达光电探测器 - 一种称为“飞行时间”的技术 - 该装置可以确定纤维的相对位置。

在设备的商业版本中，锐光爆发将由纤维本身递送，但在与原型系统的实验中，研究人员使用外部激光器。

“飞行时间是我们集团广泛使用的技术，从未被习惯做这样的事情，”媒体实验室的媒体实验室的博士文化集团的博勒布·赫尔卡说，媒体实验室，培养了新的工作。“以前的作品使用了飞行时间来提取深度信息。但在这项工作中，我建议使用飞行时间来实现新的成像界面。“

研究人员今天在自然科学报告中报告了他们的结果。Heshmat是本文的第一个作者，他加入了媒体艺术和科学副教授Ramesh Rash Ramesh Raskar，他领导了Media Lab的相机文化集团，并由Ik Hyun Lee是一个邮政编码。

从左到右：用于测试成像系统的模式;从洗牌纤维中的原始图像;研究人员算法进行的重建;并与理想重建重建的比较。

旅行时间

在实验中，研究人员使用了一束1,100纤维，该束在一端挥动自由，并定位在投射符号的屏幕上。束的另一端连接到分束器，又连接到普通相机和能够区分光学脉冲的到达时间的高速相机。

垂直于束上束的纤维的尖端，彼此有两个超速激光器。激光器射击了短爆发，高速摄像机沿着每个光纤录制了他们的到达时间。

因为光的爆发来自两个不同的方向，所以软件可以使用到达时间的差异来产生光纤提示的位置的二维图。然后，它使用该信息来解读由传统相机捕获的混合图像。

该系统的分辨率受到纤维数量的限制; 1,100-光纤原型产生大约33×33个像素的图像。因为在图像重建过程中也存在一些模糊性，所以研究人员实验中产生的图像相当模糊。

但原型传感器还使用了直径为300微米的搁板的光纤。直径仅为几微米的纤维已经在商业上制造，因此对于工业应用，分辨率可能会显着增加而不增加束尺寸。

当然，在商业应用中，该系统不会欣赏到纤维提示的两个垂直激光器的奢侈品。相反，光的爆发将沿着inpidual纤维发送，系统会衡量他们所采取的时间反射的时间。需要更多的脉冲来形成纤维位置的精确图像，但是，脉冲很短，校准仍然只需要一秒钟的一小部分。

“两个是你可以使用的最小脉冲数，”Heshmat说。“这只是概念证明。”

检查参考文献

对于医疗应用，其中束的直径 - 因此，纤维的数量 - 需要低，可以通过使用所谓的干涉方法来改善图像的质量。

通过这种方法，输出光信号分为两个，一半的光信号 - 参考光束 - 在本地保持，而另一半 - 样本波束 - 反弹场景中的对象并返回。然后重新组合两个信号，以及它们相互干扰的方式产生关于样本光束轨迹的非常详细的信息。研究人员在实验中没有使用这种技术，但他们确实表现出理论分析，表明它应该能够实现更准确的场景重建。

洛杉矶加州大学电气工程副教授Mona Jarrahi说：“结合我们现在拥有的知识肯定有趣，非常创新。”“随着作者提到的，他们定位了正确的问题，在意义上，大量的成像应用程序在环境条件或空间方面有约束。”

依靠激光向下沿着纤维自行管道“比他们在这个实验中所示的更难，”她注意到了。“但物理信息就在那里。有正确的安排，人们可以得到它。“

“这项技术的主要优点是光学刷的末端可以动态和灵活地改变其形态，”东京大学化学教授Keisuke Goda添加了Keisuke Goda。“我认为它对于小肠内窥镜检查可能是有用的，这在结构中具有高度复杂的。”

出版物：Barmak Heshmat，等，“光学刷：通过允许的探针进行成像，“科学报告6，物品编号：20217（2016）; DOI：10.1038 / srep20217