Aplicación de las bases Hadamard, coseno y noiselet en microscopía holográfica digital de un solo píxel

Abstract

En este trabajo se presentan los resultados del desarrollo de varios sistemas ópticos aplicando la técnica de imagen de un solo píxel (single-pixel imaging, SPI, por sus siglas en inglés), holografía digital, microscopía, corrimiento de fase, compensación de aberración óptica, hologramas generados por computadora, entre otros; con la capacidad de reconstruir imágenes de amplitud y de fase de muestras milimétricas y microscópicas. Las muestras analizadas son de objetos opacos, transparentes y semitransparentes. El área de visión en las muestras ronda desde los 3,5 × 3,5 mm2 en la configuración sin microscopía, hasta los 350 × 350 µm2 en los sistemas con microscopía. Se implementaron los interferómetros de Mach Zehnder y Michelson. La técnica single pixel, se puede resumir de forma general como sigue. El objeto es muestreado con una base de patrones ortogonales que son proyectados con un modulador de amplitud (dispositivo digital de micro-espejos) y el frente de onda reflejado o transmitido es registrado por un detector sin resolución espacial. A partir del conocimiento de los patrones de muestreo y de los coeficientes de intensidad medidos, una imagen de la escena es reconstruida mediante el uso de un algoritmo computacional. Para este trabajo se usaron las bases de patrones Hadamard, coseno y noiselet. Para imágenes reconstruidas en amplitud, se utilizó el parámetro peak signal to noise ratio (PSNR), y se encontró que las bases Hadamard y coseno obtienen mejores resultados respecto a la base noiselet, con valores PSNR de una distribución de amplitud unidimensional de 7,57, 7,84 y 7,5 dB, respectivamente; y para 2D de 7,57, 7,84 y 7,5 dB, respectivamente. En el caso de las reconstrucciones de fase, los resultados fueron comparados con los obtenidos con una cámara CMOS, siendo la base Hadamrd y noiselet los que proporcionan mejores reconstrucciones respecto a la base coseno.