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Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 10986 (2023) Citer cet article

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Nous proposons et démontrons un schéma d'imagerie holographique exploitant des illuminations aléatoires pour enregistrer des hologrammes, puis appliquant la reconstruction numérique et la suppression d'images jumelles. Nous utilisons une géométrie holographique en ligne pour enregistrer l'hologramme en termes de corrélation du second ordre et appliquons l'approche numérique pour reconstruire l'hologramme enregistré. Cette stratégie permet de reconstruire des images quantitatives de haute qualité par rapport à l'holographie conventionnelle où l'hologramme est enregistré en intensité plutôt qu'en corrélation d'intensité de second ordre. Le problème des images jumelles du schéma holographique en ligne est résolu par une méthode non supervisée basée sur l'apprentissage profond utilisant un schéma d'encodeur automatique. La technique d'apprentissage proposée exploite la principale caractéristique des auto-encodeurs pour effectuer une reconstruction aveugle d'hologramme en un seul coup, et cela ne nécessite pas un ensemble de données d'échantillons avec une vérité terrain disponible pour la formation et peut reconstruire l'hologramme uniquement à partir de l'échantillon capturé. Les résultats expérimentaux sont présentés pour deux objets, et une comparaison de la qualité de la reconstruction est donnée entre l'holographie en ligne conventionnelle et celle obtenue avec la technique proposée.

L'holographie numérique (DH) est devenue un outil puissant pour enregistrer et reconstruire les informations d'amplitude et de phase de l'onde1,2,3,4. La capacité du DH à récupérer des informations d’amplitude complexes présente un large éventail d’applications dans les affichages 3D5, la microscopie6, l’imagerie biomédicale7 et bien d’autres encore. Le DH fournit des images de phase quantitatives résolues spatialement et des reconstructions de profondeur. En ligne, hors axe et à déphasage sont quelques schémas largement utilisés. Dans une holographie hors axe, deux faisceaux cohérents et angulairement séparés interfèrent pour enregistrer les informations de l'hologramme8. Étant donné que les détecteurs numériques disponibles ont un pas de pixel limité, la séparation angulaire entre les faisceaux interférents introduit une limitation pour le DH hors axe. De plus, la présence d'un terme non modulé et d'un conjugué limite l'utilisation de toute la bande passante dans une géométrie DH hors axe. Le déphasage est une autre technique qui utilise plusieurs enregistrements du même objet avec des déphasages dans l'onde de référence9,10,11,12. Parmi plusieurs techniques holographiques, l'holographie en ligne a une conception compacte et un produit à large bande passante spatiale (SBP)13,14. Les schémas d'holographie en ligne peuvent être conçus en utilisant un chemin unique et obtenus par l'interférence d'ondes diffractées et non diffractées émergeant de l'objet14. Cependant, l’un des goulots d’étranglement de l’holographie en ligne est le problème omniprésent des images jumelles. Diverses techniques ont été développées pour résoudre ce problème à l'aide de méthodes optiques et informatiques15,16,17. Le développement de techniques telles que la non-interférométrie et les schémas non itératifs basés sur la méthode Kramers-Kronig18,19 et la récupération de phase couplée à deux plans pour l'imagerie holographique non préalable20 ont fait progresser le domaine de l'imagerie de champ complexe.

La qualité de la reconstruction dans la DH dépend des configurations d'enregistrement. En raison de l'enregistrement numérique et des contraintes imposées aux détecteurs, l'amélioration de la résolution constitue un intérêt émergent pour la DH. La résolution dans une configuration holographique numérique est influencée par des facteurs tels que : l'ouverture numérique, le pas du détecteur et la diffraction. Dans le passé, diverses techniques ont été proposées pour améliorer la résolution dans le DH, et certaines de ces techniques réduisent la longueur d'onde21, sous-échantillonnent le pas du détecteur22, augmentent l'ouverture numérique effective23,24 et étendent la bande passante de calcul25. Récemment, des progrès ont été réalisés pour développer une imagerie SBP élevée à l'aide d'un modulateur spatial de lumière, de la relation de Kramers-Kronig et du multiplexage holographique numérique hors axe. Un éclairage par lumière structurée a également été utilisé pour améliorer la qualité et la résolution de l'image30,31,32,33,34,35,36. Zheng et coll. utilisé un éclairage structuré dans différentes orientations combiné à un algorithme itératif pour améliorer la résolution spatiale du DH36. L'éclairage du champ de taches a également été utilisé dans le DH pour l'imagerie haute résolution et pour agrandir le champ de vision6,37,38,39,40,41,42. Cependant, ces méthodes d'éclairage par taches nécessitent l'enregistrement de plusieurs hologrammes avec des motifs d'éclairage aléatoires pour une annulation correcte du caractère aléatoire.