ثورة في التصوير الفوتوغرافي: نحو تقنيات التصوير الفوري بدون تداخل

يعد التصوير البليكوجرافي (Ptychography) في مصادر الأشعة السينية السنكروترونية وXFEL من العمليات الحيوية، ولكنه يتطلب مسحاً كثيفاً ومتداخلاً، مما يزيد من وقت المعالجة ويؤثر سلباً على الجرعة. بينما يظل التحدي في توسيع نطاق التصوير التجسيمي المتماسك (Coherent Diffractive Imaging) ليعمل بدون تداخل على عينات موسعة مسألة لم تُحل بعد.

في هذا السياق، قدم الباحثون نموذج PtychoPINN (O. Hoidn وزملاؤه، Scientific Reports 13، 22789، 2023) الذي يُعتبر نقلة نوعية في هذا المجال، حيث يتيح إعادة بناء الصور الفورية دون تداخل في هندسة التصوير التجسيمي الفريزني (Fresnel CDI)، بالإضافة إلى تسريع عملية التصوير التقليدية باستخدام تقنيات متعددة.

هذا الإطار يعمل على دمج نموذج متمايز لتشتت الضوء مع احتمالية عد الفوتونات بوزون (Poisson photon-counting likelihood). حيث يتمثل الجديد في أن التداخل يدخل كمعلمة قابلة للتعديل بدلاً من كشرط ثابت، مما يعزز من دقة العينات المعالجة.

كشفت التجارب على المعايير الاصطناعية أن إعادة البناء تبقى دقيقة حتى عند عدد قليل من الفوتونات (حوالي 10,000 فوتون/إطار)، بينما حققت إعادة بناء صورة واحدة بدون تداخل باستخدام تجربة حقيقية نسبة تشابه هيكلية (SSIM) تصل إلى 0.904، مقارنة بـ 0.968 في إعادة البناء التقليدية التي تعتمد على التداخل.

ومقارنةً بنموذج مُشرف مشبع للبيانات يستخدم نفس الهيكل الخلفي تم تدريبه على 16,384 صورة، فإن نموذج PtychoPINN يحقق نسبة SSIM أعلى باستخدام فقط 1,024 صورة، ويستطيع التعميم على ملفات الإضاءة غير المعروفة.

بالإضافة إلى ذلك، كانت كفاءة معالجة وحدة الرسوميات (GPU) في النموذج الجديد حوالي 40 مرة أعلى من نموذج الحد الأدنى من الأشكال أو أقصى احتمالية (LSQ-ML) مع نفس دقة 128×128.

تم التحقق من هذه النتائج باستخدام بيانات تجريبية من Advanced Photon Source وLinac Coherent Light Source، مما يدمج بين التصوير الفوري الفريزني والتصوير البليكوجرافي المتداخل ضمن إطار واحد، مما يدعم التصوير الفعال والموفر للجرعات في مصادر الضوء الحديثة.

تعتبر هذه التطورات خطوة هامة نحو تحسين تقنيات التصوير الضوئي، فهل تتوقعون أن تؤثر هذه الابتكارات على مجالات أخرى في العلوم والتكنولوجيا؟ شاركونا آراءكم في التعليقات.