如何训练机器在黑暗中观看3-D

澳大利亚国立大学(ANU)的研究人员开发了一种新方法，可以在近乎黑暗的环境下创建几乎完美的全息图。

光学全息图是产生物体的3D图像的聪明方法。它们有许多用途-从保护我们的身份证免遭伪造，到活细胞的实时成像。

新的突破将使全息图能够以更少的光线执行更多的重要功能。

据史蒂夫·李博士说，光学全息图的质量通常与激光的亮度有关。

“所以我们问自己，我们如何才能在几乎完全黑暗的环境中制作光学全息图?” 李医生说。

李博士说：“通常，如果使用极低的光线形成光学全息图，全息图看起来会很粗糙。”

“我们称这种颗粒度为'散粒噪声限制'，当您在晚上闭上眼睛时也会发生这种情况。您看到的光斑实际上是散粒噪声限制您的眼睛的地方。”

研究团队使用机器学习找到了解决此问题的方法。

“我们已经证明，使用极少的光(在亚毫秒级的成像速度下几乎变成黑色)，我们仍然可以将全息图恢复到接近理想状态。”

该研究的主要作者张志铎先生将其描述为还原一张颗粒状的旧照片。

张先生说：“照片中的细节很像一件历史艺术品，可以由专家来修复。”

“在这里，我们的专家是一台名为Holo-UNet的机器。该机器通过数千个学习周期来掌握理想全息图的外观。经过培训后，我们向该机器展示了一个全息图，该全息图缺少很多光学信息。就像大师画家，机器记住了如何以数字方式填充那些缺失的光子，从而将全息图恢复到接近理想的状态。”

研究结果可能对生物学成像有重要意义。

李博士说：“生物细胞对光非常敏感，很容易被破坏。”

“现有的光学显微镜使用集中光对细胞进行3D成像，这是不理想的。我们的方法可用于在几乎完全黑暗的环境下长时间跟踪细胞，而不必担心光损伤细胞。我们现在也可以在极少的光线下，可以在不到百分之一秒的时间内记录活细胞的全息图，并且可以更清晰地看到类似细胞分裂的事件。”

该研究已发表在《生物医学光学快报》上。

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