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  TitoloAcquisizione plenottica di immagini - Correlation Plenoptic Imaging
  Sommario
Il Correlation Plenoptic Imaging (CPI) è una modalità di imaging caratterizzata dalla capacità di rifocalizzazione, di acquisizione parallela di immagini multi-prospettiche, e di imaging 3D ultraveloce. Il CPI sfrutta le correlazioni quantistiche spazio-temporali della luce per ottenere una combinazione di risoluzione e profondità di campo dell'immagine inaccessibile a sistemi di imaging all'avanguardia. Rispetto alle fotocamere plenoptiche disponibili in commercio, il CPI consente un cambio di prospettiva significativamente (oltre 10 volte) più ampio, mantenendo la risoluzione più alta consentita dalla natura ondulatoria della luce (limite di diffrazione).
  Stato della tecnica
Dispositivi di imaging plenottico sono prodotti da un paio di società in tutto il mondo. Questi dispositivi richiedono un array di microlenti tra la lente principale e il sensore (vedere Fig. 1); ciò consente di recuperare la direzione di propagazione della luce proveniente dalla scena di interesse, insieme alla sua immagine. Un algoritmo di rifocalizzazione viene utilizzato, in fase di post-processing, per rintracciare i percorsi della luce e rifocalizzare l'immagine acquisita. Inoltre, il dispositivo fornisce, con un solo scatto, l'acquisizione di immagini multi-prospettiche della scena di interesse, una per ciascuna direzione di propagazione della luce; l'immagine 3D della scena è quindi disponibile con un solo scatto. L'imaging plenottico è considerata una delle più promettenti tecniche di imaging 3D, ed è stata impiegata, ad esempio, nella microscopia 3D in tempo reale dell'attività neurale in uno zebra fish. Tuttavia, l'array di microlenti riduce la risoluzione ottenibile ben al di sotto del limite di diffrazione e impone un cambio di prospettiva piuttosto piccolo. L'effettivo sviluppo delle promettenti applicazioni dell'imaging plenoptico è quindi compromesso.
  Invenzione
L'invenzione consiste in un processo, e dispositivo, di imaging plenottico che consente di superare i limiti delle camere plenottiche tradizionali. A questo fine, il CPI sfrutta gli esclusivi vantaggi offerti dalle tecnologie quantistiche (si veda l'ammiraglia dell'UE sulle tecnologie quantistiche) per spingere le prestazioni dell'imaging ai limiti ultimi di risoluzione, rumore, profondità di campo. Il principio alla base dell'imaging plenoptico è implementato, nel CPI, utilizzando le correlazioni spazio-temporali quantistiche della luce. Infatti, nell'imaging quantistico, vengono impiegati due sensori disgiunti (vedi Fig. 2): uno per l'imaging della scena di interesse e uno per il recupero della direzione di propagazione della luce; la correlazione tra le fluttuazioni delle intensità rilevate dai due sensori viene misurata per recuperare l'immagine plenottica. Nulla limita la risoluzione dell'immagine al di là del limite imposto dalla natura ondulatoria della luce (cioè, della diffrazione); inoltre, il cambiamento di prospettiva è migliorato di almeno 1 ordine di grandezza e limitato solo dalla dimensione del sensore e/o dalla diffrazione. Sono stati studiati e implementati diversi schemi per migliorare le prestazioni complessive del Correlation Plenoptic Imaging in termini di rumore, velocità, attenuazione della turbolenza, risoluzione avanzata, e per ottenere immagini sia standard che plenoptiche nello stesso dispositivo. La nostra invenzione risponde alla richiesta del mercato di dispositivi ad alta risoluzione, alta profondità di campo, alto contrasto e bassa rumorosità, potenziati dalla capacità di rifocalizzazione e di acquisizione veloce di immagini 3D.
  TitolaritàUniversità degli Studi di Bari
  Proprietà industrialeBrevetto Italia n. 102016000027106 ed esteso in Europa n. EP17160543; Brevetto Internazionale WO 2019/064047
  E-mail di contattoarea.trasferimentotecnologico@uniba.it
  TagsImaging 3D, microscopia, rifocalizzazione, acquisizione immagini
  Vantaggi
Rifocalizzazione immagini sfocate. Modifica del piano di messa a fuoco all'interno dell'immagine acquisita. Rilassamento senza precedenti del compromesso tra risoluzione e profondità di campo. Imaging 3D senza scansione, interferometria, sensori e/o acquisizioni multiple. Imaging insensibile alla turbolenza.
  Applicazioni
a) imaging 3D in tempo reale; b) microscopia 3D senza scansione, in vivo c) Imaging biomedico d) Ispezione industriale e) telecamere con capacità di rifocalizzazione f) rilevamento remoto g) Imaging spaziale h) realtà aumentata i) qualsiasi contesto in cui sia richiesta la rifocalizzazione e / o l'imaging 3D
  Stadio di sviluppo
Il principio di funzionamento del CPI è stato dimostrato sia per via teorica e simulazioni [1,2], sia per via sperimentale, utilizzando degli oggetti di prova bidimensionali [3] (brevetti 1. e 2.). Una revisione dei progressi nel CPI può essere trovata in Rif. [4]. Uno schema CPI a basso rumore, idealmente sub-shot-noise, caratterizzato da un ulteriore aumento della profondità di campo è stato recentemente proposto, e il dispositivo è in fase di studio sperimentale. Soluzioni hardware e software per accelerare ulteriormente l'acquisizione e l'elaborazione dei dati sono in fase di sviluppo. Un prototipo è in fase di assemblamento. [1] “Correlation plenoptic imaging”, Phys. Rev. Lett. 116, 223602(2016) [2] “Correlation Plenoptic Imaging With Entangled Photons”, Technologies 4, 17 (2016) [3] “Diffraction-limited plenoptic imaging with correlated light”, Phys. Rev. Lett. 119, 243602 (2017) [4] “Correlation plenoptic imaging: An overview,” Applied Sciences 8, 1958 (2018)
  Immagine n° 1
  Immagine n° 2
  Immagine n° 3

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