ИСТИНА

Проект нацелен на разработку фундаментальных основ волоконной фантомной оптики (ВФО) и создание нового класса интеллектуальных систем обработки изображений реализующих принципы ВФО. ВФО находится на стыке волоконной, квантовой, статистической оптики, оптики фантомных изображений и интеллектуальных систем формирования и обработки изображений. Основной упор в проекте предполагается сделать на разработку физических принципов и способов получения изображений объектов, основанные на интерферометрии интенсивностей (фантомный принцип) как в классическом, так и в квантовом свете (в частности, на уровне отдельных фотонов), с использованием оптоволоконных технологий. Также предполагается распространить предложенный ранее коллективом принцип фантомной поляриметрии на ВФО. Ключевым моментом в ВФО является приготовление пространственно структурированного света со специальными статистическими свойствами и формирование изображений на основе получаемой косвенной информации об объекте. Это требует разработки специальных физических методов управления свойствами света, а также разработки специальных математических алгоритмов и основанных на них интеллектуальных систем формирования и обработки световых сигналов. Указанные методы, алгоритмы и системы предполагается создать во время выполнения проекта. В проекте предполагается разработать теорию, которая будет описывать процесс формирования фантомных изображений в ВФО, а также разработать экспериментальные методики, реализующие ВФО. Кроме теоретических и экспериментальных исследований, направленных на развитие ВФО как научного направления в фантомной оптике, коллектив планирует на завершающей стадии проекта разработать лабораторный прототип фантомного волоконного эндоскопа для применения в научных исследованиях и, в перспективе, в реальной медицине. Прототип будет способен работать как в режиме классического, так и квантового света, а также в режиме фантомной поляриметрии.

The project is aimed at developing the fundamentals of fiber ghost imaging (FGI) and developement of a new class of intelligent image processing systems that implement the principles of FGI. FGI lies at the intersection of fiber, quantum, statistical optics, ghost imaging and intelligent systems for the formation and processing of images. The project is focused on the development of physical principles and methods for obtaining the images based on intensity interferometry(the ghost principle), for cases of both the classical and quantum light (in particular, at the single photon level), using fiber-optic technologies. The ghost polarimetry principle earlier proposed by the team will be extended to the FGI. The key point in the FGI is the preparation of spatially structured light with special statistical properties and the formation of images based on the obtained indirect information about the object. It requires the development of special physical methods for controlling the properties of light, as well as the development of special mathematical algorithms, and based on them intelligent systems for the formation and processing of light signals. These methods, algorithms and systems are supposed to be developed during the project execution. The theory describing the process of formation of ghost images in the FGI, as well as the experimental methods implementing the FGI will be developed during the progect. In addition to the theoretical and experimental research aimed at developing the FGI as a scientific direction in ghost imaging, the team plans to develop a laboratory prototype of a ghost fiber endoscope at the final stage of the project for use in scientific research and, in the future, in medicine practice. The prototype will be able to operate in both classical and quantum light modes, as well as in ghost polarimetry mode.

1. Будет разработана базовая теория ВФО для классического света, базирующаяся методах представленных в пункте 4.6 и включающая расчёты восстановленного изображения и определение условий наиболее благоприятного получения фантомного изображения; расчёты будут выполнены для непрерывного и дискретного представления измеряемых параметров; 2. будут созданы методы и экспериментальные схемы позволяющие реализовать принципы формирования фантомных изображений в ВФО в классическом свете; 3. будет создан макетный вариант интеллектуальной системы формирования фантомных изображений в ВФО в классическом свете, включающий в себя систему формирования света с необходимыми для ВФО свойствами пространственной и временной когерентности, и систему формирования вычислительных фантомных изображений из корреляционных свойства рассеянного от объекта света; 4. будут получены первые экспериментальные фантомные изображения в ВФО на макетных двумерных образцах; 5. будет проведен сравнительный анализ способов восстановления изображений в методе однопиксельного детектирования: 6. будет разработан алгоритм обработки зарегистрированных изображений с целью уменьшения погрешности оценивания за счет привлечения информации об исследуемом объекте и о физической модели формирования фантомных изображений, полученной на данном этапе.

Тематика исследований предлагаемого проекта находится на стыке нескольких областей научного знания: лазерной физики и квантовой электроники, квантовой оптики, компьютерных технологий, математики, обработки изображений и видеопотоков, оптических и квантовых технологий. У коллектива в целом, а также у отдельных членов коллектива имеется опыт работы во всех этих направлениях, что находит отражение в полученных членами коллектива результатах, опубликованных в виде научных статей и докладов на международных и всероссийских конференциях. Общий объем — около 400 статей, более 100 выступлений на конференциях, около 30 патентов, авторских свидетельств и заявок по перечисленным выше направлениям. Непосредственно теорией оптических изображений заявители занимаются уже долгое время, более десяти лет. Коллектив обладает технологией изготовления счетчиков одиночных фотонов и времяцифровых преобразователей, являющихся основой экспериментальной базы современной квантовой оптики. У коллектива также имеется непосредственный опыт в обработке видеопотоков высокой четкости, в частности, в разработке современных транскодеров. Члены коллектива провели целый ряд конструкторских разработок в рамках контрактов на НИОКР «Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере» по разработке систем лазерной связи по открытому каналу, включая связь с квантовым приемом информации, где были созданы прототипы: 1) портативного устройства для оптической передачи и приема квантово-криптографических ключей через свободное пространство; 2) устройства для визуального управления в реальном времени беспилотными воздушными судами (БВС) по оптическому защищенному от перехвата каналу связи в условиях сильных радиочастотных помех; 3) устройства передачи медиа-информации с БВС на пункт сбора данных по слабонаправленному оптическому каналу с квантовым приемом медиапотока.