الفلك

ما مدى صعوبة البصريات التكيفية حسابيًا؟

ما مدى صعوبة البصريات التكيفية حسابيًا؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ما نوع الكمبيوتر الذي تحتاجه للقيام بالبصريات التكيفية للتلسكوبات الكبيرة؟ هل نتحدث عن مجموعات أجهزة الكمبيوتر العملاقة أو هل يمكن لسطح المكتب الخاص بي القيام بذلك أو هاتفي الذكي؟ أفترض أن ذلك يعتمد على حجم التلسكوب والطول الموجي المستهدف. أنا مهتم بكل من نوع أجهزة الكمبيوتر المستخدمة والعدد الفعلي المطلوب لـ FLOPs في الثانية.


إذا كنت تحاول فقط تصحيح حقل صغير ، باستخدام نجمة إرشادية واحدة (أو نجمة دليل ليزر واحدة) ، فإن المتطلبات ليست شاقة للغاية. يعود تاريخ وحدة البصريات التكيفية MACAO المستخدمة في التلسكوب الكبير جدًا في المرصد الأوروبي الجنوبي إلى أوائل القرن الحادي والعشرين وتستند إلى شريحتين بقوة 400 ميجاهرتز PowerPC 604 (أحدهما لـ "الكمبيوتر الإشرافي" والآخر لـ "الكمبيوتر في الوقت الفعلي" ). يمكنك قراءة المزيد عنها هنا (ملف PDF).

بالنسبة إلى البصريات التكيفية متعددة الاقترانات من الجيل التالي ، والتي تحاول تصحيح حقل أكبر باستخدام عدة نجوم إرشادية ، فإن المتطلبات أكثر صرامة بعض الشيء: انطباعي هو أنك بحاجة إلى العديد من GFLOPs في الكمبيوتر في الوقت الفعلي (قد يتم التعامل مع بعض هذا من خلال باستخدام رقائق DSP المتخصصة بدلاً من وحدات المعالجة المركزية العامة) ، وقوة معالجة إضافية للمراقبة والتحليل الخارجيين.

لذلك ، بشكل فظ ، يمكن لهاتفك الذكي على الأرجح التعامل مع AO بنجمة واحدة (باستثناء أنه سيحتاج إلى إعادة هندسة قليلاً وتشغيل نظام تشغيل في الوقت الفعلي ، وستحتاج إلى جهاز كمبيوتر إضافي للمراقبة الخارجية) ؛ بالنسبة إلى AO متعدد الدلائل ، سينتهي بك الأمر في حاجة إلى ما يعادل خادم قوي (متعدد وحدات المعالجة المركزية) أو مجموعة (صغيرة).


إذا نظرت حولك ، يجب أن تكون قادرًا على العثور على أنظمة AO للمستخدم المنزلي التي تعمل ، وإن كان ذلك بنطاق ترددي أقل قليلاً مما قد ترغب ، على جهاز الكمبيوتر الخاص بك (أو شريحة مكافئة في صندوق البائع). يعتمد ذلك كثيرًا على عدد المشغلات الموجودة على المرآة القابلة للتشوه ، كما هو الحال في معظم عمليات المصفوفة.

قد تكون مهتمًا بالعروض في ThorLabs أو Diffraction Limited أو ربما منتجات Stellar ، على الرغم من أن هذا الأخير يشبه البرامج المهجورة.


يبحث الباحثون في تقنيات جديدة تساعد في تحديد أمراض العيون المختلفة

طور باحثون في الجامعة تقنية قد تغير وجه أمراض العيون المختلفة. تسمح هذه التقنية ، المعروفة باسم البصريات التكيفية الحسابية ، بفحص الخلايا الفردية في مؤخرة العين.

تم الإلهام لهذه التقنية على أساس تقنية قديمة تسمى البصريات التكيفية ، والتي تم استخدامها لأول مرة في مجال علم الفلك.

تمت الإشارة إلى النجوم لأنه عندما يدخل الضوء في البداية إلى الغلاف الجوي ، فإنه يتشوه وبالتالي يجعل العين ترى وميض نجم. تعمل البصريات التكيفية على تصحيح هذه التشوهات التي تأتي على شكل موجات ضوئية ، وتعمل على توليد صورة واضحة.

قال ستيفن بوبارت ، أستاذ الهندسة الحيوية: "في حالة عيننا ، فإن العيوب مماثلة للغلاف الجوي ويمكننا تصحيح الموجات الضوئية التي تمر عبر العين لإنشاء صورة أكثر وضوحًا".

تستخدم التقنية الجديدة نهجًا حسابيًا حيث يتم مسح شعاع الليزر في الجزء الخلفي من العين ويعطي الضوء الذي يرتد إلى الخلف معلومات حول الهيكل الموجود هناك.

ونتيجة لذلك ، يتم تصوير الخلايا الفردية بوضوح ، مما يساعد في تشخيص التنكس البقعي المرتبط بالعمر والاضطرابات العصبية المختلفة مثل التصلب المتعدد.

قام الباحثون بقيادة بوبارت بتصحيح الانحرافات في العين حسابيًا ، من خلال تقنية تُعرف باسم التصوير المقطعي البصري (OCT). كانت هذه التقنية موجودة منذ أكثر من 25 عامًا ولكن لها قيود ، حيث لا يمكنها النظر إلى الخلايا الفردية في مؤخرة العين.

نتيجة لهذه المشكلة ، قال بوبارت ، وهو طبيب طبي أيضًا ، "نحن نستخدم نظام OCT ولكننا نتأكد من إمكانية تصحيح البيانات التي نجمعها حتى نتمكن من تحويل تلك الخلايا الباهتة إلى حادة ومحددة جيدًا الخلايا في البصريات. "

تم استخدام تقنيات التصوير مثل OCT والبصريات التكيفية للأجهزة بشكل شائع في مجال التصوير الطبي ولكن لها العديد من القيود والعيوب.

تم تطبيق البصريات التكيفية للأجهزة ، على سبيل المثال ، في أنظمة OCT لفترة طويلة جدًا ، ولكن هذه التقنية معقدة للغاية ويمكن أن تكلف آلاف الدولارات ، مما يترك عددًا قليلاً من الأطباء حتى يستخدمونها.

قال فريدريك ساوث ، وهو طالب دراسات عليا وهو أيضًا مؤلف مشارك للعمل: "تتمثل مساهمتنا في القيام بنفس مصادر التصحيحات بدون أجهزة إضافية ، ونحقق ذلك من خلال الاستفادة من البيانات التي لدينا بالفعل واستخدام البصريات التكيفية حسابيًا".

ومع ذلك ، كما هو الحال مع جميع التقنيات ، لا بد من ظهور قيود. حتى مع هذا النهج الحسابي ، هناك متطلبات معينة يجب الوفاء بها لضمان الدقة.

تنشأ مشكلة جمع البيانات حسابيًا عندما تكون البيانات غير مستقرة.

"من الصعب التقاط صورة عالية الدقة لأن العين تتحرك دائمًا. لذلك ، كان علينا تطوير طرق للحصول على البيانات بسرعة وأيضًا أن نكون قادرين في نفس الوقت على تصحيح أي حركة للحصول على أفضل صورة هناك "، قال بوبارت.

وأضاف: "لقد كان هذا التحدي الأكبر بالنسبة لنا طوال تطوير هذه التقنية ، ولكن هذا أيضًا هو الجانب الفريد لتقنيتنا".

ومع ذلك ، يبدو أن هذه التقنية تنتج فوائد أكبر بكثير من التكاليف التي يتحملها المجتمع.

اختار فريق البحث تطبيق هذه التقنية على التنكس البقعي والتصلب المتعدد بسبب انتشار معدلات هذه الأمراض.

قال بوبارت: "يمكن تطبيق هذه التقنية الجديدة على أي نوع من تصوير الريتينول ومئات الأمراض أيضًا".

وأضاف ساوث أن اعتلال الشبكية السكري ، الناجم عن التغيرات في الأوعية الدموية في شبكية العين ، هو أحد الأمراض الشائعة التي يمكن فهمها ومعالجتها بشكل أفضل باستخدام البصريات التكيفية الحاسوبية.

ومع ذلك ، لا تزال هناك أسئلة في هذا الجزء من التكنولوجيا لا تزال دون إجابة. يقود تنوع الانحرافات بسبب اختلاف أشكال العين الباحثين إلى التساؤل عما إذا كانت هذه التقنية الجديدة ستكون ناجحة لجميع العيون.

يأمل الباحثون في الرد على مثل هذه الأسئلة في المستقبل القريب. إنهم يعملون على تطوير هذه التقنية من خلال جعل النظام أكثر قوة وسهولة في الاستخدام وتمكينه من تصحيح الانحرافات في العين تلقائيًا بغض النظر عن مكان تصوير العين.

قال بوبارت: "نريد أيضًا أن نجعلها أكثر عملية ودمج تقنيتنا في نظام وتطوير منتج جديد يقاوم القدرة".

قد لا يكون الحصول على هذا المنتج في السوق أمرًا صعبًا للغاية بالنسبة لفريق البحث ، حيث يوجد بالفعل الكثير من الاهتمام التجاري بهذه القطعة من التكنولوجيا من العديد من الشركات المصنعة.

في حين أن النجاح التجاري لهذه التقنية مرضٍ ، يتفق كل من بوبارت وساوث على أن الجانب الإنساني لهذا الاكتشاف هو ما يجذبهم إلى التصوير الطبي.

قال بوبارت: "إذا استطعنا المساعدة في تحسين رؤية شخص ما أو حتى إنقاذها ، ومن خلال القيام بذلك إحداث فرق كبير في حياة شعوبهم ، فهذا هو الجزء الأكثر مكافأة في بحثي".


تتوفر نجمة دليل الليزر للبصريات التكيفية

كامويلا ، هاواي (7 أكتوبر 2003) حدث معلم رئيسي في التاريخ الفلكي الشهر الماضي في دبليو إم. مرصد Keck عندما استخدم العلماء ، لأول مرة ، الليزر لإنشاء نجم توجيه صناعي على تلسكوب Keck II بطول 10 أمتار لتصحيح ضبابية النجم باستخدام البصريات التكيفية (AO). تم استخدام نجوم دليل الليزر في التلسكوبات الأصغر ، ولكن هذا هو أول استخدام ناجح لها على الجيل الحالي من أكبر التلسكوبات في العالم. كانت الصورة الناتجة (الشكل 1) ، التي تم التقاطها بواسطة كاميرا الأشعة تحت الحمراء NIRC2 ، أول عرض توضيحي لنظام البصريات التكيفية لنجوم التوجيه الليزري (LGS AO) على تلسكوب كبير. عند اكتماله ، سيمثل نظام LGS AO حقبة جديدة من علم الفلك حيث سيتمكن علماء الفلك من رؤية أي جسم تقريبًا في السماء بوضوح البصريات التكيفية.

"هذه واحدة من أكثر اللحظات إرضاءً في كل سنواتي في Keck ،" علق الدكتور فريدريك شافي ، مدير W.M. Keck في المساء تم إجراء الملاحظات. "مثل أي نتيجة إيجابية للضوء الأول ، هناك الكثير الذي يتعين القيام به قبل اعتبار النظام جاهزًا للعمل. ولكن أيضًا مثل أي نتيجة إيجابية أولية ، فهي تُظهر أنه يمكن تحقيقها ، وتعطينا تفاؤلًا كبيرًا بأن أهدافنا ليست أحلامًا مستحيلة ، ولكنها حقائق يمكن تحقيقها بدلاً من ذلك ".

البصريات التكيفية هي تقنية أحدثت ثورة في علم الفلك الأرضي من خلال قدرتها على إزالة ضبابية ضوء النجوم الناجم عن الغلاف الجوي للأرض. لقد حدت متطلباتها من "نجم إرشادي" لامع نسبيًا في نفس مجال الرؤية مثل موضوع الدراسة العلمي بشكل عام استخدام AO إلى حوالي واحد بالمائة من الأجسام في السماء.

للتغلب على هذا التقييد ، في عام 1994 ، قامت شركة W.M. بدأ مرصد كيك العمل مع مختبرات لورانس ليفرمور الوطنية (LLNL) لتطوير نظام نجمي إرشادي اصطناعي. باستخدام الليزر لإنشاء "نجم افتراضي" ، يمكن لعلماء الفلك دراسة أي جسم بالقرب من أجسام أكثر خفوتًا (تصل إلى 19 درجة) باستخدام البصريات التكيفية وتقليل اعتمادها على النجوم الإرشادية الساطعة التي تحدث بشكل طبيعي. سيؤدي القيام بذلك إلى زيادة تغطية السماء لنظام البصريات التكيفية Keck من ما يقدر بنسبة واحد بالمائة من جميع الكائنات في السماء ، إلى أكثر من 80 بالمائة.

قال آدم كونتوس ، مهندس البصريات في W.M. Keck. "في المستقبل ، أتوقع أن تقوم معظم المراصد الرئيسية بتركيب أنظمة مماثلة للاستفادة من هذا التحسين المذهل لقدرات AO الخاصة بهم."

في كانون الثاني (يناير) 2001 ، بعد أكثر من سبع سنوات من التطوير ، احتفل فريق Keck و LLNL باستكمال نظام Keck للتوجيه بالليزر النجمي. ينتج النجم الاصطناعي عندما يتسبب الضوء المنبعث من ليزر صبغ بقوة 15 واط في توهج طبقة طبيعية من ذرات الصوديوم على ارتفاع 90 كيلومترًا (56 ميلًا) فوق سطح الأرض. سيستغرق الأمر عامين آخرين من البحث والتصميم المتطور قبل أن يتم دمج نظام الليزر في نظام البصريات التكيفية Keck II.

في ساعات الصباح الباكر من يوم 20 سبتمبر ، اجتمعت جميع الأنظمة الفرعية أخيرًا للكشف عن القدرة الفريدة لنظام Keck LGS AO وإمكانية حل الأجسام الباهتة للغاية. تم قفل النظام على نجم بقوة 15 درجة ، وهو عضو في ثنائي معروف من نوع T Tauri يسمى HK Tau وكشف عن تفاصيل القرص النجمي للنجم المرافق. كانت هذه هي المرة الأولى التي يستخدم فيها نظام بصريات تكيفي على تلسكوب كبير جدًا نجمًا توجيهيًا صناعيًا لحل جسم خافت.

كان التحدي الرئيسي الذي واجهه فريق LGS AO هو مدى نجاح الجهود في دمج وتحقيق قياسات أداء جيدة لكل نظام فرعي مطلوب. مخاوف بشأن قوة الليزر وجودة نقطته ، وتشغيل نظام التحكم في حركة مرور الليزر ، وقدرة المستشعرات الجديدة على قفل نجوم الدليل الخافتة ، والقدرة على تحسين جودة الصورة من خلال فهم دقيق للانحرافات التي يمكن أن لا تقاس باستخدام نجمة دليل الليزر ، تم أخذها في الاعتبار عند مراقبة المساء.

قال الدكتور بيتر ويزينوفيتش ، قائد فريق فريق البصريات التكيفية في دبليو إم: "كان الضوء الأول جهدًا جماعيًا رائعًا". مرصد كيك. "كان من المُرضي للغاية أن يعمل كل نظام فرعي بشكل جيد جدًا في محاولتنا الأولى. على حد تعبير فيرجيل ، "Audentes Fortuna Juvat" ، فإن الثروة تفضل الجريء. & # 8221

كانت جودة الصور الضوئية الأولى من LGS AO عالية للغاية. أثناء قفله على نجم قوته 14 درجة ، سجل نظام Keck LGS AO "نسب Strehl" بنسبة 36 بالمائة (بطول موجة 2.1 ميكرون ، وقت تعريض 30 ثانية ، الشكل 3) ، مقارنة بـ 4 بالمائة للصور غير المصححة. تقيس نسب Strehl الدرجة التي يقترب بها النظام البصري من الكمال "المحدود الانعراج" ، أو حد الأداء النظري للتلسكوب.

مقياس أداء آخر ، "العرض الكامل بنصف الحد الأقصى" (FWHM) ، لهذا النجم الذي تبلغ قوته 14 درجة كان 50 ملي ثانية قوسية ، مقارنة بـ 183 ملي ثانية قوسية للصورة غير المصححة. تساعد قياسات FWHM علماء الفلك على تحديد الحواف الفعلية لجسم ما ، حيث قد يكون الاكتشاف غير دقيق أو يصعب تحديده. يعادل قياس 50 مللي ثانية قوسية تقريبًا القدرة على التمييز بين زوج من المصابيح الأمامية للسيارات في نيويورك أثناء الوقوف في لوس أنجلوس.

طوال المساء ، ظل نجم دليل الليزر ثابتًا ولامعًا ، ولامعًا بقوة تقريبية تبلغ 9.5 تقريبًا ، أضعف بحوالي 25 مرة مما يمكن للعين البشرية رؤيته ، ولكنه مثالي لنظام البصريات التكيفية Keck لقياس وتصحيح التشوهات الجوية.

يجري العمل الإضافي قبل أن يصبح نظام Keck LGS AO يعمل بكامل طاقته. سيكون نظام Keck LGS AO متاحًا لعلوم المخاطر المشتركة المحدودة في العام المقبل ، مع النشر الكامل لمجتمع مستخدمي Keck في عام 2005.

"حتى مع هذا الاختبار الأول فقط ، يطالب علماء الفلك بالفعل باستخدام نظام توجيه الليزر النجمي لدراسة المجرات البعيدة بدقة وقوة غير مسبوقة ،" قال الدكتور David Le Mignant ، عالم أدوات البصريات التكيفية في W.M. مرصد كيك ، جمعية كاليفورنيا للبحوث في علم الفلك. "بحلول العام المقبل ، سيتم استخدام البصريات التكيفية لدراسة تاريخ التكوين الغني للمجرات المبكرة."

لخص أهمية هذا الاختراق في علم الفلك في جميع أنحاء العالم من قبل الدكتور مات ماونتن ، مدير مرصد الجوزاء ، الذي يدير تلسكوبات مزدوجة بطول 8 أمتار ، أحدهما في ماونا كيا والآخر في سيرو باشون في تشيلي: لجميع علم الفلك الأرضي ، ليس فقط لجيلنا الحالي من تلسكوبات من فئة ثمانية إلى 10 أمتار ، ولكن أيضًا لأحلامنا بتلسكوبات 30 مترًا ".


ورش عمل

البصريات التكيفية هي تقنية استشعار وتقدير وتصحيح التشوهات التي تحدث في حزم الضوء أثناء انتشارها عبر الوسائط المضطربة. تشمل التطبيقات التصوير الفلكي الأرضي والتحليل الطيفي ، وبث طاقة الليزر عبر الغلاف الجوي ، وتصوير شبكية العين البشرية. المكونات الأساسية للنظام البصري التكيفي (AO) هي أ مستشعر الجبهة الموجية لقياس التشوهات في الحزمة الضوئية ، أ مصحح واجهة الموجة لتعويض هذه الأخطاء ، و خوارزمية التقدير والتحكم لاشتقاق إشارات التحكم من قياسات التشويه. يطبق الجيل الحالي من أنظمة AO للتصوير الأرضي تصحيحات على بضع مئات إلى حوالي ألف درجة من الحرية بمعدلات تحديث تتراوح بين بضع مئات وبضعة آلاف من العينات / ثانية ، باستخدام خوارزميات التحكم الخطي التي يتم تنفيذها كمضاعفات مصفوفة صريحة . يمكن للأنظمة المستقبلية المقترحة أن تزيد عدد درجات الحرية بعامل يتراوح بين عشرة ومائة ، مع تعقيدات إضافية يتم تقديمها عبر استخدام أجهزة استشعار ومصححات متعددة لواجهة الموجة. يجب تطوير خوارزميات تحكم أكثر كفاءة لهذه الأنظمة الأكبر والأكثر تعقيدًا ، جنبًا إلى جنب مع النظرية لتقييم أدائها وتحسينه.

يتم الآن الحصول على نتائج أولية مشجعة في مجموعة متنوعة من التجارب الحسابية التي تبحث في المشكلة الأبسط لتقدير القيمة اللحظية لاضطراب الطور من لقطة مستشعر لواجهة الموجة الواحدة. تتضمن بعض خوارزميات التقدير قيد الدراسة الترشيح المكاني عبر تحويلات فورييه السريعة ، وطرق المصفوفة المتفرقة ، والتدرجات المترافقة مع شروط مسبقة متعددة الشبكات أو دائرية ، وتوليفات "هجينة" من هذه الطرق. تحتوي هذه الطرق على تعقيد حسابي بين O (n log n) و O (n 3/2) ، على عكس O (n 3) للحساب ، و O (n 2) لتطبيق خوارزميات مضاعفة المصفوفة التقليدية. لكن المزيد من العمل ضروري لتحسين هذه الأساليب الجديدة وفهمها وتوسيعها وتنفيذها في النهاية. بعض هذه الأعمال تشمل:

  • تطوير الفهم النظري لخصائص التقارب الملحوظة لهذه الخوارزميات ، وتطبيق هذه النظرية لمزيد من البحث.
  • التقدم من تقدير واجهة الموجة إلى التحكم في واجهة الموجة. يتضمن ذلك مشكلات بما في ذلك الاستقرار ، وتقييم أداء الخوارزمية وتحسينه في الحلقة المغلقة ، وربما تطوير خوارزميات تحكم تكيفية تضبط نفسها في الوقت الفعلي مع الظروف المتغيرة. لا يبدو أن أيًا من الأساليب المستخدمة حاليًا لأنظمة AO ذات الترتيب المنخفض نسبيًا قابلة للتوسع في أنظمة الترتيب العالية جدًا في المستقبل.
  • تطوير فهم نظري للأداء المرصود لأنظمة AO كدالة لاستشعار واجهة الموجة وتصحيح المعلمات. مرة أخرى ، الأساليب المطبقة حاليًا على الأنظمة الحالية منخفضة الترتيب ليست قابلة للتطوير.
  • تحديد التنفيذ في الوقت الفعلي للخوارزميات ذات الكفاءة الحسابية.
  • تطوير خوارزميات تحكم جديدة تمامًا للبصريات التكيفية في ظل ظروف التشوهات الشديدة لواجهة الموجة ، حيث يجب استبدال الخوارزميات الخطية الحالية بطرق تكرارية غير خطية تتضمن إسقاطات على مجموعات محدبة.

نعتقد أن هذا الاجتماع يمكن أن يؤدي إلى تجميع جديد للأفكار والعديد من التعاون والمبادرات القيمة ، نحو هدف تطوير خوارزميات تحكم متقدمة ستمكن جيلًا جديدًا تمامًا من AO للتلسكوبات العملاقة المستقبلية.

اللجنة المنظمة

برنت إليربروك (المرصد الفلكي البصري الوطني)
دونالد جافيل (جامعة كاليفورنيا في سانتا كروز ، علم الفلك)
Andrea M. Ghez (UCLA ، قسم علم الفلك والفيزياء الفلكية)
مارك موريس (جامعة كاليفورنيا ، الفيزياء وعلم الفلك)
ستانلي أوشر (IPAM ، الرياضيات)
كيرت فوجل (جامعة ولاية مونتانا ، بوزمان ، العلوم الرياضية)


البحث عن التصوير التكيفي الحسابي

بالنسبة لنظام التصوير التكيفي الحسابي ، يتم قياس مجال الضوء للهدف والتداخل معًا ، ثم وفقًا لخصائص التوزيع لمعلومات مجال الضوء رباعي الأبعاد بين الهدف والعوامل المضطربة ، يمكن أن يكون الهدف والعوامل المضطربة فصل بشكل فعال. يمكن استخدام هذه التقنية لاكتشاف واستعادة تشوه واجهة الموجة الناجم عن التداخل في مجال الرؤية الكبير ، والتعويض بشكل تكيفي عن الانحراف المعقد لجبهة الموجة عن طريق الحساب. بالمقارنة مع طريقة التصوير التقليدية للبصريات التكيفية ، فإن الطريقة المقترحة لها مجال رؤية أكبر للكشف ، ويمكنها تحليل معلومات واجهة الموجة وحسابها بشكل مباشر بناءً على الهدف الممتد.

مراجع

تشانغ ر, يانغ جي إس, تيان واي ، وآخرون. استرداد طور واجهة الموجة من كاميرا Plenoptic [J]. هندسة البصريات الإلكترونية, 2013, 40(2): 32-39.

Xu J P، Liang Y H، Jiang P Z. تحليل أداء مستشعر الجبهة الموجية لمجال الضوء [J]. اكتا اوبتيكا سينيكا, 2014, 34(ب 12): 201001.

ملخص

ملخص: بالنسبة لبيئة التصوير المعقدة مع جو مضطرب أو تداخل عقبة ، سينخفض ​​أداء التصوير لنظام التصوير البصري بشكل خطير. من أجل تحسين دقة التصوير لنظام التصوير المعقد ، يتم دائمًا استخدام تقنيات ما بعد معالجة الصور والبصريات التكيفية. أما فيما يتعلق بمعالجة الصور اللاحقة ، فإن لها شرطًا خاصًا لبيئة جمع الصور ومعدل أخذ العينات والمعلومات المسبقة للصورة ، وبالتالي فهي تحتوي على عبء حسابي كبير ويصعب تحقيقها في الوقت الفعلي أو بالقرب من المعالجة في الوقت الفعلي. على الرغم من أن تقنية البصريات التكيفية التقليدية يمكنها اكتشاف وتعويض معلومات تشوه واجهة الموجة التي تسببها البيئة ، إلا أنها لا تستطيع التعامل مع مشكلة تطبيقات مجال الرؤية غير المستوية والكبيرة. النظام معقد ومكلف ويصعب التحكم فيه ، لذا فهو غير متوفر للمعدات الصغيرة. علاوة على ذلك ، فهو نظام تصحيح يعتمد على اختلاف طور واجهة الموجة في المجال البصري ، وبسبب بيئة التصوير المعقدة ، فإن العوائق الموجودة على ممر الانتشار البصري قد تعدل المجال البصري للهدف ، مما يؤدي إلى نقص المعلومات الأساسية المستهدفة و لا يمكن الحصول على تشويه في واجهة الموجة للهدف الممتد الذي يتم حجبه جزئيًا. وهذا يعني أن نظام التصوير لا يمكنه الحصول على صورة واضحة للهدف عن طريق التصحيح التكيفي وأن البصريات التكيفية التقليدية غير متوفرة في حالة بيئة التصوير المعقدة المغطاة.

في هذه المقالة ، يتم تقديم تقنية التصوير البصري الحسابي لتطبيق طريقة التصوير البصري التكيفية ، بناءً على ميزة نظام التصوير البصري الحسابي. يختلف عن التصوير البصري التكيفي التقليدي القائم على اقتران الطور ، يهدف نظام التصوير العددي التكيفي الحسابي إلى تقليل تداخل السعة والطور الناجم عن البيئة المعقدة بناءً على طريقة ارتباط التصوير الحسابي. أما بالنسبة لنظام التصوير التكيفي الحسابي ، يتم قياس مجال الضوء للهدف والعائق معًا ، ثم وفقًا لخصائص التوزيع لمعلومات المجال البصري رباعي الأبعاد بين الهدف والعائق ، يمكن فصل الهدف والعائق بشكل فعال. من ناحية ، يمكن استخدام هذه التقنية لاكتشاف واستعادة تشوه واجهة الموجة الناجم عن التداخل في مجال الرؤية الكبير ، والتعويض بشكل تكيفي عن انحراف جبهة الموجة المعقد عن طريق الحساب. من ناحية أخرى ، يمكنه حذف التأثير المعين الناجم عن أداء العائق للمجال البصري المستهدف في البيئة المعقدة. بالمقارنة مع طريقة التصوير التقليدية للبصريات التكيفية ، فإن الطريقة المقترحة لها مجال رؤية أكبر للكشف ، ويمكنها تحليل معلومات واجهة الموجة وحسابها بشكل مباشر بناءً على الهدف الممتد. لا يحتوي نظام التصوير الحوسبي الحسابي على معدات بصرية نشطة أو معدات ديناميكية. إنها تستخدم الطريقة الحسابية بدلاً من المرآة الميكانيكية القابلة للتشوه لتحقيق تعويض الطور ، ويمكنها التعويض بشكل تكيفي عن اضطراب طور واجهة الموجة المعقدة في مساحة التصوير. لديها مزايا الهيكل المضغوط والتكلفة المنخفضة. علاوة على ذلك ، يمكنه حذف تأثير التصوير التداخل من العائق الموجود في الممر البصري للمجال البصري عالي الأبعاد للحصول على صور واضحة.


ما مدى صعوبة البصريات التكيفية حسابيًا؟ - الفلك

تم تصميم التلسكوبات البصرية التكيفية لتحسين الرؤية الفلكية من خلال الغلاف الجوي المضطرب. يقيس المستشعر المنحدرات المحلية ، أو التدرج ، لجبهة الموجة الواردة ، وبالتالي يميز التشوه الناتج عن الغلاف الجوي. من قياسات الانحدار ، والتي تكون صاخبة ، يحسب معيد بناء واجهة الموجة تقديرًا لواجهة الموجة نفسها. يتم بعد ذلك تمرير معلومات واجهة الموجة إلى مرآة قابلة للتشوه ، والتي تغير شكلها في الوقت الفعلي لتصحيح تأثيرات الاضطراب ديناميكيًا. تتم معالجة مشكلة تحديد قياسات الانحدار في الضوضاء المضافة من خلال إدخال تقنية جديدة لتقدير الإشارة تسمى مرشح Wiener متعدد الحلول (MWF). MWF هو مرشح خطي متغير التحول يعتمد على تطبيق مرشحات Wiener على تحلل المويجات لعملية ما. يعمل MWF على توسيع نطاق العمليات العشوائية التي تنطبق عليها تقنيات تصفية Wiener على العمليات غير الثابتة مثل Kolmogorov وعمليات حركة Brownion الكسرية. تتم مقارنة أداء إصدار FIR من MWF بأداء مرشح Wiener لعمليات Markov من الدرجة الأولى ويظهر أنه يتفوق على FIR وفلتر Wiener السببي. يتم تمرير قياسات المنحدر المقدرة بواسطة MWF إلى خوارزمية إعادة بناء واجهة الموجة الجديدة تسمى خوارزمية مشغل التدرج العكسي التحليلي (AIGO). تعد خوارزمية AIGO طريقة فعالة (عدد العمليات يساوي تقريبًا عدد قياسات ميل واجهة الموجة) المشتقة من حل تحليلي لمعادلة التدرج. عند دمجها مع MWF ، تظهر خوارزمية AIGO أنها قادرة على المنافسة مع أجهزة إعادة بناء واجهة الموجة الأخرى. تتمثل إحدى الصعوبات الرئيسية في تقنيات إعادة بناء واجهة الموجة الشائعة مثل تقديرات المربعات الصغرى في أنها مكثفة من الناحية الحسابية. يتم تمثيل معيد بناء المربعات الصغرى من حيث الأساس المويج رباعي الأبعاد. هذا التمثيل يسمى إعادة بناء واجهة الموجة متعددة الحلول (MWR). يتم تطبيق عملية العتبة على MWR لإزالة معاملات المويجات ذات الحجم الضئيل. تكون مصفوفة إعادة البناء العتبة الناتجة متفرقة ، مما يؤدي إلى تقدير محسوب في عمليات O (N 3) ، على عكس عمليات O (N 4) لمنشئ واجهة الموجة ذات المربعات الصغرى القياسية. تتم مقارنة أداة إعادة بناء واجهة الموجة متعددة الحلقات مع معالجات إعادة بناء واجهة الموجة ذات المربعات الصغرى ، Zernike ، والتقنيات التكرارية من حيث التعقيد الحسابي.


خوارزميات البصريات التكيفية المتقدمة للتطبيقات الفلكية والأشعة السينية

نحن نستكشف العمليات الحسابية المتقدمة للتحكم التنبئي بمستوى النانومتر في مرآة قابلة للتشوه من أجل البصريات التكيفية الفلكية وتطبيقات الأشعة السينية. يتناول هذا العمل وزارة الطاقة الواسعة ومختبر لورانس ليفرمور الوطني الذي يحتاج إلى تحسين جودة الحزمة في مرافق المستخدم الحالية لمصدر ضوء الأشعة السينية التابعة لوزارة الطاقة.

وصف المشروع

توفر تقنية البصريات التكيفية تصحيحًا في الوقت الفعلي لتشوهات الصورة في نظام بصري. الأكثر استخدامًا في مجال علم الفلك ، مكّنت البصريات التكيفية من التصوير المباشر والتوصيف الطيفي للكواكب التي تدور حول نجوم أخرى. في نظام نموذجي ، يقيس مستشعر جبهة الموجة الانحرافات الضوئية ثم تُستخدم تلك البيانات لضبط ارتفاع سطح مرآة قابلة للتشوه لتصحيح المجال البصري. في حين أن الابتكار في أجهزة البصريات التكيفية أمر ضروري لتحسين أداء الأنظمة البصرية ، فإن المسار البديل هو تطوير خوارزميات أفضل تترجم قياسات مستشعر جبهة الموجة إلى أوامر مرآة.

يوفر التحكم التنبئي للبصريات التكيفية طريقة للتعويض عن التأخير المتأصل بين وقت "رؤية" مستشعر جبهة الموجة للاضطراب الجوي (مثل الرياح) ، ووقت تحديث هندسة مرآة التلسكوب بناءً على هذا القياس. بناءً على عمل سابق مكثف ، نعتزم تحسين خوارزميات البصريات التكيفية في مجالين محددين: التحكم التنبئي للبصريات التكيفية الفلكية والتحكم في المرآة لتطبيقات الأشعة السينية. ستتمتع الخوارزميات الجديدة بالقدرة على تحسين أداء النظام بتكلفة منخفضة نسبيًا (أي باستخدام ترقيات البرامج بدلاً من تصميمات الأجهزة الجديدة).

بالنسبة للتطبيقات الفلكية ، سنقوم بتجميع الأبحاث الحديثة حول خصائص الرياح الحقيقية (مثل السرعات والاتجاه) وتنفيذ التحكم التنبئي لتطوير مخطط للتنبؤ بالرياح بكفاءة حسابية. بالنسبة لتطبيقات بصريات الأشعة السينية التكيفية ، سنركز على الخوارزميات المحسنة التي تحول قياسات مستشعر جبهة الموجة إلى أوامر مرآة. سيتم اختبار هذه الخوارزميات بشكل تجريبي ، بهدف تطوير التحكم في مقياس النانومتر في المرآة القابلة للتشوه.

يركز هذا المشروع على إنشاء خوارزميات جديدة للبصريات التكيفية الفلكية وبصريات الأشعة السينية التكيفية. على الرغم من وجود بعض القواسم المشتركة ، إلا أن أهداف هذا المشروع تختلف عن بعضها البعض. بالنسبة للبصريات التكيفية الفلكية ، سنقوم بتطوير المواصفات وخطة التنفيذ لخوارزمية التحكم التنبؤية التي تصحح اضطراب الرياح. نعتزم (1) تطوير استراتيجية شاملة لخوارزمية التحكم التنبئي ، (2) تحليل أداء نظام تلسكوب Gemini Planet Imager ، (3) تقييم ملاءمة نموذج التدفق المجمد للأجواء النموذجية (ومن ثم مدى جودة الخوارزمية) ، و (4) تدرس الدروس المستفادة من كل من تنفيذ وأداء الخوارزمية في نظام تلسكوب البصريات التكيفية شين في مرصد ليك في سان خوسيه ، كاليفورنيا.

بالنسبة لبصريات الأشعة السينية التكيفية ، سنطور خوارزميات تحكم جديدة لنوع واحد على الأقل من مستشعرات واجهة الموجة: مقياس تداخل مقضب أو مسبار حافة السكين (أي عينة بحافة حادة جدًا) بالقرب من البؤرة. تعتبر مهمة مسبار حافة السكين أكثر تعقيدًا بطبيعتها نظرًا للعدد الكبير من القياسات المطلوبة وحقيقة أن محاذاة المسبار عند التركيز تستغرق وقتًا أطول بكثير من محاذاة محزوز الطور. سيتم التحقق من صحة الخوارزميات الخاصة بنا بشكل تجريبي في مصدر الضوء المتقدم في مختبر لورانس بيركلي الوطني ، بهدف التحكم في مرآة الأشعة السينية القابلة للتشوه في حدود 1 نانومتر من ارتفاع الجذر التربيعي للشكل المطلوب. نتوقع تطوير مواصفات تحكم تنبئي تشمل كلا من الخوارزمية وتنفيذها ، وتحديد خطة للتنفيذ. ستظهر خوارزميات بصريات الأشعة السينية التكيفية التي نطورها فعالية التحكم على مستوى النانومتر في عنصر بصري قابل للتشوه ، وسنستخدم هذه المعلومات للعمل مع شركاء مصدر الضوء لتحديد كيفية استخدام تقنية بصريات الأشعة السينية التكيفية للتمكين ترقيات المعدات المستقبلية.

أهمية المهمة

هذا العمل وثيق الصلة بمجال التركيز الاستراتيجي لمختبر لورانس ليفرمور الوطني في مجال الأمن السيبراني والفضاء والذكاء لتعزيز الوعي الظرفي لأنظمة الفضاء ، فضلاً عن الكفاءة الأساسية في العلوم والهندسة الحاسوبية. تستفيد المهارات المكتسبة في تطوير الاستشعار الدقيق للجبهة من جهود الباحثين الآخرين لحل مجموعة واسعة من المشكلات التي تتطلب تباينًا في التصوير من الأرض أو الفضاء. على وجه التحديد ، فإن مواصلة تطوير خوارزميات البصريات التكيفية المتقدمة ذات صلة بكفاءة المختبر الأساسية في الحوسبة عالية الأداء والمحاكاة وعلوم البيانات. يعالج عمل بصريات الأشعة السينية التكيفية متطلبات وزارة الطاقة والمختبر الواسعة للبصريات التي قد تحسن بشكل كبير جودة الحزمة في مرافق المستخدم الحالية لمصدر ضوء الأشعة السينية التابعة لوزارة الطاقة.

إنجازات ونتائج السنة المالية 2017

في السنة المالية 2017 ، طورنا (1) استراتيجية تحكم تنبؤية شاملة ، بما في ذلك التكاليف الحسابية (2) التي أجريت تجارب لقياس قوة الغلاف الجوي باستخدام Gemini Planet Imager (3) نفذت التحكم التنبئي في نظام البصريات المتقدم شين مع عرض للتأخير الخطي فقط تحكم غاوسي من الدرجة الثانية ، يُظهر أن نهج إعادة بناء مصفوفة فورييه الهجين للتنبؤ ممكن (4) أظهر تشكيلًا مخصصًا للحزمة وأرسل مسبارًا جديدًا على حافة سكين السيليكون في مصدر الضوء المتقدم و (5) بدأت التجارب في مصدر الضوء المتقدم للمرحلة -تقدير قياسات الحلقة المغلقة.


  • المواد الإلكترونية والبصرية والمغناطيسية
  • المواد الحيوية
  • الفيزياء الذرية والجزيئية والبصريات
  • الأشعة الطب النووي والتصوير
  • APA
  • اساسي
  • هارفارد
  • فانكوفر
  • مؤلف
  • BIBTEX
  • RIS

البصريات التكيفية والتحكم في واجهة الموجة للأنظمة البيولوجية. إد. / جويل كوبي سيلفان جيجان توماس جي بيفانو. المجلد. 9335 SPIE ، 2015. 933505 (التقدم في البصريات الطبية الحيوية والتصوير - وقائع مجلد SPIE. 9335).

مخرجات البحث: فصل في كتاب / تقرير / إجراء المؤتمر ›مساهمة المؤتمر

T1 - Computational adaptive optics for broadband optical interferometric tomography of biological tissue

N2 - High-resolution real-time tomography of biological tissues is important for many areas of biological investigations and medical applications. Cellular level optical tomography, however, has been challenging because of the compromise between transverse imaging resolution and depth-of-field, the system and sample aberrations that may be present, and the low imaging sensitivity deep in scattering tissues. The use of computed optical imaging techniques has the potential to address several of these long-standing limitations and challenges. Two related techniques are interferometric synthetic aperture microscopy (ISAM) and computational adaptive optics (CAO). Through three-dimensional Fourierdomain resampling, in combination with high-speed OCT, ISAM can be used to achieve high-resolution in vivo tomography with enhanced depth sensitivity over a depth-of-field extended by more than an order-of-magnitude, in realtime. Subsequently, aberration correction with CAO can be performed in a tomogram, rather than to the optical beam of a broadband optical interferometry system. Based on principles of Fourier optics, aberration correction with CAO is performed on a virtual pupil using Zernike polynomials, offering the potential to augment or even replace the more complicated and expensive adaptive optics hardware with algorithms implemented on a standard desktop computer. Interferometric tomographic reconstructions are characterized with tissue phantoms containing sub-resolution scattering particles, and in both ex vivo and in vivo biological tissue. This review will collectively establish the foundation for high-speed volumetric cellular-level optical interferometric tomography in living tissues.

AB - High-resolution real-time tomography of biological tissues is important for many areas of biological investigations and medical applications. Cellular level optical tomography, however, has been challenging because of the compromise between transverse imaging resolution and depth-of-field, the system and sample aberrations that may be present, and the low imaging sensitivity deep in scattering tissues. The use of computed optical imaging techniques has the potential to address several of these long-standing limitations and challenges. Two related techniques are interferometric synthetic aperture microscopy (ISAM) and computational adaptive optics (CAO). Through three-dimensional Fourierdomain resampling, in combination with high-speed OCT, ISAM can be used to achieve high-resolution in vivo tomography with enhanced depth sensitivity over a depth-of-field extended by more than an order-of-magnitude, in realtime. Subsequently, aberration correction with CAO can be performed in a tomogram, rather than to the optical beam of a broadband optical interferometry system. Based on principles of Fourier optics, aberration correction with CAO is performed on a virtual pupil using Zernike polynomials, offering the potential to augment or even replace the more complicated and expensive adaptive optics hardware with algorithms implemented on a standard desktop computer. Interferometric tomographic reconstructions are characterized with tissue phantoms containing sub-resolution scattering particles, and in both ex vivo and in vivo biological tissue. This review will collectively establish the foundation for high-speed volumetric cellular-level optical interferometric tomography in living tissues.


Computing the best high-resolution 3-D tissue images

This image shows aberrations in imaging can make points appear as slashes or blurs (left frame). Computational adaptive optics developed by University of Illinois researchers can correct aberrations in high-resolution microscopy (left frames). Credit: Steven G. Adie

Real-time, 3-D microscopic tissue imaging could be a revolution for medical fields such as cancer diagnosis, minimally invasive surgery and ophthalmology. University of Illinois researchers have developed a technique to computationally correct for aberrations in optical tomography, bringing the future of medical imaging into focus.

The computational technique could provide faster, less expensive and higher resolution tissue imaging to a broader population of users. The group describes its technique this week in the online early edition of the Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Computational techniques allow you to go beyond what the optical system can do alone, to ultimately get the best quality images and three-dimensional datasets," said Steven Adie, a postdoctoral researcher at the Beckman Institute for Advanced Science and Technology at the U. of I. "This would be very useful for real-time imaging applications such as image-guided surgery."

Aberrations, such as astigmatism or distortion, plague high-resolution imaging. They make objects that should look like fine points appear to be blobs or streaks. The higher the resolution, the worse the problem becomes. It's especially tricky in tissue imaging, when precision is vital to a correct diagnosis.

Adaptive optics can correct aberrations in imaging. It's widely used in astronomy to correct for distortion as starlight filters through the atmosphere. A complex system of mirrors smooth out the scattered light before it enters the lens. Medical scientists have begun applying adaptive optics hardware to microscopes, hoping to improve cell and tissue imaging.

"It's the same challenge, but instead of imaging through the atmosphere, we're imaging through tissue, and instead of imaging a star, we're imaging a cell," said Stephen Boppart, a professor of electrical and computer engineering, of bioengineering and of internal medicine at the U. of I. "But a lot of the optical problems are the same."

Unfortunately, hardware-based adaptive optics are complicated, tedious to align and extremely expensive. They can only focus on one focal plane at a time, so for tomography – 3-D models constructed from sectional images as in a CT scan, for example – the mirrors have to be adjusted and a new image scanned for each focal plane. In addition, complex corrective systems are impractical for handheld or portable devices, such as surgical probes or retinal scanners.

Therefore, instead of using hardware to correct a light profile before it enters the lens, the Illinois team uses computer software to find and correct aberrations after the image is taken. Boppart's group teamed up with with Scott Carney, a professor of electrical and computer engineering and the head of the Optical Science Group at the Beckman Institute, to develop the technique, called computational adaptive optics. They demonstrated the technique in gel-based phantoms laced with microparticles as well as in rat lung tissue. They scan a tissue sample with an interferometric microscope, which is an optical imaging device using two beams of light. The computer collects all of the data and then corrects the images at all depths within the volume. Blurry streaks become sharp points, features emerge from noise, and users can change parameters with the click of a mouse.

"Being able to correct aberrations of the entire volume helps us to get a high-resolution image anywhere in that volume," said Adie. "Now you can see tissue structures that previously were not very clear at all."

Computed adaptive optics can be applied to any type of interferometric imaging, such as optical coherence tomography, and the computations can be performed on an ordinary desktop computer, making it accessible for many hospitals and clinics.

University of Illinois engineers developed a method to computationally correct aberrations in three-dimensional tissue microscopy. From left, postdoctoral researcher Steven Adie, professor P. Scott Carney, graduate students Adeel Ahmad and Benedikt Graf, and professor Stephen Boppart. Credit: L. Brian Stauffer

Next, the researchers are working to refine the algorithms and explore applications. They are combining their computational adaptive optics with graphics processors, looking forward to real-time in-vivo applications for surgery, minimally invasive biopsy and more.

For example, computational adaptive optics could be very useful for ophthalmologists. Boppart's group previously has developed various handheld optical tomography devices for imaging inside the eye, particularly retinal scanning. Aberrations are very common in the human eye, making it difficult to acquire clear images. But adaptive optics hardware is too expensive or too complicated for most practicing ophthalmologists. With a computational solution, many more ophthalmologists could more effectively examine and treat their patients.

"The effectiveness is striking," Boppart said. "Because of the aberrations of the human eye, when you look at the retina without adaptive optics you just see variations of light and dark areas that represent the rods and cones. But when you use adaptive optics, you see the rods and cones as distinct objects."

In addition, the ability to correct data post-acquisition allows the researchers to develop microscope systems that maximize light collection instead of worrying about minimizing aberrations. This could lead to better data for better image rendering.

"We are working to compute the best image possible," said Boppart, who also is affiliated with the Institute for Genomic Biology at the U. of I.


أساليب

Laboratory procedure

The experimental layout is shown in Fig. 3, which allows the PSF produced by an arbitrary wavefront to be injected into the PL, and its output fluxes measured. Also, to aid in the alignment of the lantern, a back-reflection imaging system was implemented wherein the end of the multimode region is directly imaged via the same lens as that used for injection, with the incident PSF visible via its reflection off the polished end of the fibre. An example of these images is given in Fig. 4. For these images, light was simultaneously injected into the single-mode outputs of the lantern, to excite a combination of modes in the multimode region. The superposition of these modes are seen in the left panel of the figure as the speckle-like background pattern in the fibre core. A separate focal plane camera was also implemented to independently verify the PSF of the system for a given SLM-induced wavefront.

A 685 nm laser with measured bandwidth 1.2 nm is injected into a single-mode fibre and collimated by an off-axis parabolic mirror, followed by a 4 mm diameter pupil stop. The beam passes through a linear polariser (the SLM operates in a single linear polarisation) and onto the SLM via a fold mirror. From the SLM it passes through a neutral density filter to the beam-splitter cube (non-polarising, R:T 50:50). Here the reflected 50% of the beam is focused onto to the imaging camera (FLIR Grasshopper3 - CAM1) via an f = 200 mm doublet lens to provide a PSF reference, while the transmitted beam is focused onto the tip of the multimode region of the PL via a 10× microscope objective lens.

The PL used here is made using a visible wavelength MCF with 19 uncoupled cores with a 3.7 μm core diameter, NA of 0.14, and core-to-core separation of 35 μ, instead of a bundle of SMFs 31,32 , that is tapered with a low-index glass capillary (fluorine doped fused silica) jacket to produce a 22 μm MM input with an NA of 0.145. This is equivalent to an angular ‘field-of-view’ with radius of

3 λ/د. The PL is then housed within a standard SMA fibre connector. The lantern is mounted on a 3-axis stage to align it with the PSF. The output of the multicore fibre is then imaged onto a separate camera (FLIR Chameleon3 - CAM3) via an f = 200 mm doublet lens, to record the flux in each of the 19 single-mode outputs. Meanwhile, the back-reflected light from the MMF tip (arising from the Fresnel reflection of the non-AR coated fibre) passes back through the microscope objective and is focused onto another camera (FLIR Blackfly - CAM2) via a reverse pass through the same beamsplitter cube, to aid with alignment.

Each measurement of the multicore outputs was performed with 10 co-adds of 20 ms integrations, with this relatively long total integration time required to smooth out the ripple caused by the SLM’s refresh rate. To limit the effect of drifting alignment, the experimental setup was placed in a temperature-stabilised room, maintaining the temperature to within ±0.1 ∘ C. All wavefront modulation and data capture is performed via Matlab.

Data analysis

The neural network was implemented using Keras 49 , using the Tensorflow backend 50 . The loss function used was the mean squared error of the predicted coefficients, and using a ReLU activation function and Adam optimizer. A range of architectures for the neural network was explored, with hyperparameter exploration and optimisation performed using Talos 51 .

In addition to the neural network, a linear, SVD based approach (traditionally used in adaptive optics) 2 was tested as a point of comparison. Here, a matrix is constructed mapping the input wavefront coefficients to the output intensities using the training data, and then a pseudo-inverse of the matrix is create using a SVD, with suitable regularisation. This pseudo-inverse matrix is then used to predict the wavefront coefficients from any set of previously unseen output fluxes.


شاهد الفيديو: خدعونا بنظارات تصحيح النظر. افضل تمرين لتصحيح النظر. نصائح دكتور بيرج بالعربي (قد 2022).