Баллистический фотон

Баллистический свет , также известный как баллистические фотоны , представляет собой фотоны света , которые прошли через рассеивающую ( мутную ) среду по прямой линии.

Когда импульсы лазерного света проходят через мутную среду, такую ​​как туман или ткани тела , большая часть фотонов либо рассеивается, либо поглощается . Однако на небольших расстояниях несколько фотонов проходят через рассеивающую среду по прямым линиям. Эти когерентные фотоны называются баллистическими фотонами. Фотоны, которые слегка рассеиваются, сохраняя некоторую степень когерентности , называются фотонами-змеями .

Целью методов баллистической визуализации является эффективное обнаружение баллистических фотонов, несущих полезную информацию, и отбрасывание небаллистических фотонов. Для выполнения этой задачи используются специфические характеристики баллистических фотонов по сравнению с небаллистическими фотонами, такие как время пролета посредством когерентно-зависимой визуализации, коллимация , распространение волнового фронта и поляризация . Также часто измеряются слегка рассеянные «квазибаллистические» фотоны, чтобы увеличить «силу» сигнала (т. е. отношение сигнал/шум ).

Баллистические фотоны имеют множество применений, особенно в высокого разрешения медицинской визуализации системах . Баллистические сканеры (с использованием сверхбыстрых временных ворот) и оптическая когерентная томография (ОКТ) (с использованием принципа интерферометрии ) — это всего лишь две популярные системы визуализации, которые полагаются на обнаружение баллистических фотонов для создания изображений , ограниченных дифракцией . Преимущества перед другими существующими методами визуализации (например, ультразвуковой и магнитно-резонансной томографией ) заключаются в том, что баллистическая визуализация может обеспечить более высокое разрешение порядка 1–10 микрометров, однако она страдает от ограниченной глубины визуализации.

Из-за экспоненциального уменьшения количества баллистических фотонов по мере увеличения толщины рассеивающей среды изображения часто имеют низкое количество фотонов на пиксель, что приводит к дробовому шуму . цифровая обработка изображений и шумоподавление Для уменьшения этого шума часто применяются .

См. также

• Медицинская оптическая визуализация

Ссылки

• К. Ю и Р.Р. Альфано, «Когерентные и некогерентные компоненты прямого рассеяния света в случайных средах с временным разрешением», Optics Letters 15, 320–322 (1990).
• Л. Ван, П. П. Хо, С. Лю, Г. Чжан, Р. Р. Альфано «Баллистическая двумерная визуализация через рассеивающие стены с использованием сверхбыстрого оптического керр-ворота», 1991 г., 16 августа [1]
• К.М. Ю и Р.Р. Альфано «Когерентные и некогерентные компоненты прямого рассеяния света в случайных средах с разрешением во времени» 1990 г. [2]
• К. М. Ю, Фэн Лю и Р. Р. Альфано «Когда диффузионное приближение не может описать перенос фотонов в случайных средах?» 28 мая 1990 г. [3]
• С. Фарсиу, Дж. Кристоферсон, Б. Эрикссон, П. Миланфар, Б. Фридлендер, А. Шакури, Р. Новак, « Статистическое обнаружение и отображение объектов, скрытых в мутных средах, с использованием баллистических фотонов », Прикладная оптика , вып. 46, нет. 23, стр. 5805–5822, август 2007 г.