Differential Ghost Imaging: una nuova tecnica per la formazione di immagine

Come possiamo formare l'immagine di un oggetto che si trova immerso in un ambiente otticamente ostile e rumoroso, come ad esempio in presenza di un mezzo torbido o di forti aberrazioni? In questi casi, le tecniche di formazione di immagine che utilizzano sensori a pixel (come le telecamere CCD), non funzionano. Viceversa, i metodi che si basano sulla correlazione spaziale di due fasci ottici, come ad esempio il protocollo noto con il nome di Ghost Imaging (GI), sono molto più adatti. Nel protocollo GI l'oggetto è illuminato con un fascio oggetto e tutta la luce trasmessa viene raccolta da un singolo rivelatore che, non presentando alcun requisito di risoluzione spaziale, può lavorare correttamente anche in condizioni ottiche proibitive. L'immagine viene formata correlando il segnale del singolo rivelatore con la distribuzione di intensità del fascio di riferimento che, non interagendo mai con l'oggetto, può essere misurata comodamente in posizione remota. Il metodo funziona grazie alle correlazioni esistenti tra la distribuzione di luce del fascio di riferimento a quella del fascio oggetto. Tuttavia il prezzo da pagare è un rumore molto alto nell'immagine ricostruita, il che rende la tecnica GI non utilizzabile in molte applicazioni reali. Nel nostro lavoro abbiamo proposto un nuovo metodo di natura statistica, denominato Differential Ghost Imaging (DGI), grazie al quale è possibile diminuire il rumore di diversi ordini di grandezza rispetto alla tecnica GI. Grazie a queste caratteristiche è stato possibile realizzare, per la prima volta, immagini ghost di oggetti complessi, quasi-trasparenti  e rivelare piccole particelle, misurandone anche il diametro, localizzate all'interno di un grande volume di analisi. Entrambe le figure mostrano lo spettacolare miglioramento offerto dalla tecnica DGI rispetto alla più convenzionale tecnica GI, e suggeriscono la possibilità di applicarla in futuro in molti campi delle scienze ottiche, quali ad esempio quello biomedico (imaging in tessuti biologici) o quello dell'ottica atmosferica (imaging attraverso nuvole o nebbia). 

Authors: F. Ferri, D. Magatti, L.A. Lugiato, and A. Gatti

Title: Differential ghost imaging

Journal: Phys. Rev. Lett.

Year: 2010

References: 104, (2010) 253603-1/4