Ученые МИФИ в 200 раз ускорили шумоподавление в цифровой голографии
Ученые Национального исследовательского ядерного университета МИФИ разработали метод подавления спекл-шума в цифровой голографии
Ученые Национального исследовательского ядерного университета МИФИ разработали метод подавления спекл-шума в цифровой голографии, который позволяет получать более четкие изображения при обработке данных практически в реальном времени, сообщает пресс-служба МИФИ.
«Наш метод позволяет обрабатывать сразу набор цифровых голограмм, каждая из которых имеет свою спекл-структуру, с использованием адаптированного 3D-фильтра… улучшая подавление шума при сохранении мелких деталей», — рассказал к.ф.-м.н., доцент Павел Черемхин.
Цифровая голография применяется в медицинской диагностике, нано- и микроскопии, а также при неразрушающем контроле материалов и качества деталей в промышленности. Одной из ключевых проблем при восстановлении изображений из голограмм остается спекл-шум (от английского слова speckle — «крапинка, пятнышко») — «зерно», возникающее из-за лазерного излучения при записи голограмм. Он снижает контраст, скрывает важные элементы и усложняет анализ данных.
Традиционно шум подавляют компьютерными фильтрами, однако такие алгоритмы, как отмечают исследователи, часто недостаточно учитывают локальные статистические изменения яркости, что ведет к потере детализации. Коллектив Лаборатории фотоники и оптической обработки информации Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ предложил иной принцип: анализировать не одиночное изображение, а серию голограмм одного объекта. Поскольку «зерно» в каждом кадре распределяется случайно и меняется, а реальные детали объекта сохраняются, программа объединяет набор кадров в трехмерный массив и отделяет случайный шум от устойчивых элементов изображения, формируя итоговый кадр с повышенной четкостью.
По данным разработчиков, новый метод показал преимущество над популярными передовыми алгоритмами, включая BM3D и BM4D: он на 30–40% эффективнее подавляет зернистость и на 50% лучше сохраняет передачу мелких деталей. «Метод работает в 200 раз быстрее передовых алгоритмов и обрабатывает кадры практически в реальном времени. При этом требуется минимум исходных данных: всего 10–15 голограмм уже достаточно для получения высококачественного результата», — сообщил магистрант и инженер Андрей Керов. Ожидается, что разработка повысит точность визуализации при исследовании клеток и тканей, упростит контроль качества микроэлектроники и поиск микроскопических дефектов, а также улучшит голографические системы кодирования и защиты информации. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 24-19-00899).
«Наш метод позволяет обрабатывать сразу набор цифровых голограмм, каждая из которых имеет свою спекл-структуру, с использованием адаптированного 3D-фильтра… улучшая подавление шума при сохранении мелких деталей», — рассказал к.ф.-м.н., доцент Павел Черемхин.
Цифровая голография применяется в медицинской диагностике, нано- и микроскопии, а также при неразрушающем контроле материалов и качества деталей в промышленности. Одной из ключевых проблем при восстановлении изображений из голограмм остается спекл-шум (от английского слова speckle — «крапинка, пятнышко») — «зерно», возникающее из-за лазерного излучения при записи голограмм. Он снижает контраст, скрывает важные элементы и усложняет анализ данных.
Традиционно шум подавляют компьютерными фильтрами, однако такие алгоритмы, как отмечают исследователи, часто недостаточно учитывают локальные статистические изменения яркости, что ведет к потере детализации. Коллектив Лаборатории фотоники и оптической обработки информации Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ предложил иной принцип: анализировать не одиночное изображение, а серию голограмм одного объекта. Поскольку «зерно» в каждом кадре распределяется случайно и меняется, а реальные детали объекта сохраняются, программа объединяет набор кадров в трехмерный массив и отделяет случайный шум от устойчивых элементов изображения, формируя итоговый кадр с повышенной четкостью.
По данным разработчиков, новый метод показал преимущество над популярными передовыми алгоритмами, включая BM3D и BM4D: он на 30–40% эффективнее подавляет зернистость и на 50% лучше сохраняет передачу мелких деталей. «Метод работает в 200 раз быстрее передовых алгоритмов и обрабатывает кадры практически в реальном времени. При этом требуется минимум исходных данных: всего 10–15 голограмм уже достаточно для получения высококачественного результата», — сообщил магистрант и инженер Андрей Керов. Ожидается, что разработка повысит точность визуализации при исследовании клеток и тканей, упростит контроль качества микроэлектроники и поиск микроскопических дефектов, а также улучшит голографические системы кодирования и защиты информации. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 24-19-00899).
