Výpočetní a hyperspektrální zobrazování

Zabýváme se výzkumem nových metod zobrazování na bázi tzv. komprimovaného snímání a rozvojem hyperdimenzionálních zobrazovacích systémů v netradičních spektrálních oblastech – např. střední a daleké infračervené oblasti.

Komprimované snímání představuje nový přístup k získávání dat, který využívá tzv. řídkosti (angl. sparsity) u řady běžně měřených signálů. To značí, že stejná informace může být ve vhodně zvolené bázi vyjádřená jen pomocí několika komponent. Typickým příkladem je fotografie, kde velké množství dat lze pomocí vlnkové (angl. wavelet) transformace zkomprimovat do nepoměrně menšího souboru (JPEG2000). Pomocí komprimovaného snímání je možné navrhnout zcela nové přístupy k měření dat - např. obrazové informace.

Hyperspektrální zobrazování je název pro snímání obrazu, kde v každém bodě (pixelu) obrazu dokážeme určit také spektrum. Získáváme tak mnohem detailnější informaci o zobrazované scéně. Například v infračervené (IR) spektrální oblasti takto můžeme identifikovat ze spektra stopy jednotlivých chemických sloučenin.

Tým a vybavení

  • Vedoucí skupiny RNDr. Karel Žídek, Ph.D. se dlouhodobě zabývá laserovou časově rozlišenou spektroskopií a možností implementace komprimovaného snímání v laserové spektrokopii. Za svou práci v oblasti ultrarychlé femtosekundové spektroskopie získal v roce 2017 Prémii Otto Wichterleho.
  • Tým tvoří vědečtí pracovníci (především doktoři a inženýři) a studenti zejména doktorských oborů, kteří zároveň na pracovišti řeší své disertační práce.

Skupina využívá dobře vybavené laserové laboratoře, včetně:

  • laserové (pro VIS až NIR) i nekoherentní zdroje pro VUV (160 nm) až far-IR;
  • detekční systémy (kamery, fotodiody, fotonásobiče, spektrometry);
  • specializované optické elementy např. pro modulaci světla pomocí DMD (digital micromirror device).

Činnost

Naší hlavní činností je výzkum a vývoj v těchto oblastech:

  • hyperdimenzionální zobrazování (kombinující zobrazování se spektrálním nebo časovým rozlišením), a to zejména v exotických spektrálních (střední/daleká IČ oblast) a časových (fs) oblastech, kde je použití standardních přístupů problematické nebo nemožné. Konkrétními cíly je např. rozvíjet možnosti použití nechlazených detektorů pro hyperspektrální zobrazování v IR oblasti nebo hledání nových přístupů k hyperspektrálnímu zobrazování pomocí metod komprimovaného snímání.
  • výpočetní zobrazování, kde za pomoci algoritmů komprimovaného snímání provádíme vývoj nových zobrazovacích soustav s alternativním přístupem (např. zcela bez použití čočky) apod. Zde se zaměřujeme na (i) metodu CASSI (coded-aperture single-snapshot spectral imaging), která za použití komprimovaného snímání umožňuje zachytit a zrekonstruovat 3D hyperspektrální informaci pomocí jediného 2D snímku kamery; (ii) metodu tzv. jednopixelové kamery (single-pixel camera), která umožňuje provádět zobrazování za pomoci jednopixelového detektoru (např. fotodiody). Zajímá nás zejména možnost využití výpočetního zobrazování v laserové spektroskopii.

Projekty

  • Robustní detekční systém s hyperspektrálním snímáním PDF (0,5 MB);
  • Hyperspektrální detekční systém nebezpečných substancí PDF (0,3 MB);
  • Koherentní kódování excitace pro využití komprimovaného snímání v laserové spektroskopii PDF (0,4 MB);
  • Zobrazení otisků chemických látek ve světle pomocí hyperspektrální kamery.

Spolupráce

Spolupracujeme s tuzemskými i zahraničními vědeckými pracovišti, jako například s Univerzitou v Lundu (Švédsko); Fyzikálním ústavem AV ČR, v.v.i., Univerzitou obrany v Brně nebo Technickou univerzitou v Liberci. Neméně důležitými partnery v našem výzkumu jsou také organizace aplikační sféry jako například APPLIC spol. s r.o., CRYTUR spol. s.r.o. nebo Vojenský výzkumný ústav, s. p.

Kontakt

RNDr. Karel Žídek, Ph.D.
Tel.: +420 487 953 901
E-mail: zidek@ipp.cas.cz