暗闇で3Dを見るためのマシンのトレーニング方法 オーストラリア国立大学

オーストラリア国立大学(ANU)の研究者たちは、暗闇に近い所でほぼ完璧なホログラムを作成する新しい方法を開発した。

光学ホログラムは、物体の3D画像を作り出す巧妙な方法です。IDカードの偽造からの保護から、生きている細胞のリアルタイム画像化まで、多くの用途がある。

新しいブレークスルーは、ホログラムがこれらの重要な機能を、より少ない光で実行することを可能にするものだ。

Steve Lee博士によると、光学ホログラムの質は、レーザー光の明るさとリンクしていることが多いそうだ。

「我々は、ほぼ完全な暗闇の中で、どうやって光学ホログラムを作ることができるのか、と考えました。」

「通常、非常に低い光を使って光学ホログラムを形成すると、ホログラムは非常に粒状に見えます。」と、リー博士は述べる。

「私たちはこの粒状性を “ショットノイズの限界”と呼んでいます。(- 夜に目を閉じたときにも起こるもので、見えている光のまだら模様は、実際にショットノイズによって目が制限されている場所です)」.

研究チームは、機械学習を使ってこの問題を回避する方法を見つけた。

「我々は、ごくわずかな光を使って(サブミリ秒の撮像速度でほぼ真っ黒にしても) 、ホログラムを完璧に近い状態に復元できることを示したのです」

研究の筆頭著者であるZhiduo Zhang氏は、「粒状の古い写真を復元するようなもの」と説明している。
「写真の詳細は、多くの歴史的なアートワークの一部のように、専門家によって回収することができます 」Zhang氏は語った。

「ここでは、私たちの専門家は機械 – Holo-UNet(ホロ・ユネット)と呼ばれるものです。この機械は何千回もの学習サイクルを経て、理想的なホログラムの見た目をマスターします。トレーニングの後、光学情報がたくさん欠けているホログラムを機械に見せます。」
「多くの名画家のように マシンはデジタル的に欠けている光子を埋める方法を” 記憶して”います。 なので、ホログラムを完璧な状態に近い状態に復元できるのです。」


この研究結果は、生物イメージングに重要な意味を持つ可能性がある。

「生物細胞は光に非常に敏感で、簡単に損傷を受ける可能性があります。」とLee博士は述べている。

「既存の光顕微鏡では、集中光を使って細胞の3D画像を作成していますが、これは理想的ではありません。私たちの方法は、ほぼ完全な暗闇の中で、細胞への光のダメージを気にすることなく、長期間にわたって細胞をとらえることができます。」

「生きた細胞のホログラムを わずかな光で100分の1秒以下で記録できるようになりました」

「細胞分裂のような出来事をより鮮明に見ることができるようになりました」

この研究は、電気・エネルギー・材料工学研究科とコンピュータサイエンス研究科の計算メディア研究室が、ジョン・カーティン医学研究科のイメージング・サイトメトリー施設の協力を得て、ANUの学際的な共同研究を行ったものである。本研究は、雑誌「Biomedical Optics Express」に掲載された。

【原典】How to train a machine to see 3D in the dark(16, Sep, 2020)
https://www.anu.edu.au/news/all-news/how-to-train-a-machine-to-see-3d-in-the-dark

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