Digitale Fokussierung

Als Denis Gabor 1948 [Gabor 1948] die Holographie erfand, existierten digitale Kameras und Computer noch nicht. Hologramme wurden auf photographischen Platten aufgenommen, danach mit Hilfe einer Replika mit der Aufnahme-Referenz-Welle erneut belichtet, um so das 3D Bild beobachten zu können.  Im Jahr 1967 schlug Goodman vor, diese nötige Information rechnerisch zu erlangen und bereitete damit den Weg der digitalen Holographie [Goodman 1967]. Heutzutage sind Kameras an die Stelle der photographischen Platten getreten, zur Aufnahme der Hologramme, und PCs erlauben unglaublich schnell die Berechnung der optischen 3D-Information des Sample.

Eine Stärke der Holographie ist, dass die Aufnahmen nicht auf der Kamera-Ebene sein müssen, sondern das Wellenfeld sich fortpflanzt und in beliebiger Distanz in der Mess-Ebene sein kann. Digitales Fokussieren nutzt das Generieren multipler Bild-Ebenen, gleichbedeutend mit infinitem Fokus [Colomb 2010, Ferraro 2005]. Als Ergebnis sind automatisches 3D Tracking und Geschwindigkeitsmessung typische Beispiele dafür [Sohn 2011, Kim 2008]. Im Weiteren lässt sich Auflösung und Bildqualität steigern mit Hilfe digitaler Linsen im Propagations-Pfad, z.B. für Optische- und Aberrations-Korrekturen [Colomb 2006].

Digitale Propagation

Kann das System digital fokussieren, ohne das Sample bewegen zu müssen?

Ja. Die Wellenfeld-Propagations-Distanz kann live über numerische Parameter angepasst werden. Scharf fokussierte Aufnahmen werden gemacht ohne irgendeine mechanische Justierung des Sample’s entlang der optischen Achse.

Kann digitale Holographie eine Messung im Nachhinein scharf fokussieren, wenn sie schlecht fokussiert aufgenommen wurde?

Ja. Das DHM® nimmt Hologramme auf. Die 3D-Information kann jederzeit von einem aufgenommenen Hologramm extrahiert werden. Die Propagations-Distanz der Wellenfront kann digital justiert werden, um so jede Aufnahme scharf im Fokus zu haben. Sehr nützlich, um bei Langzeitaufnahmen keine Aufnahmen zu verlieren wegen schlechter Fokussierung.

Bietet das DHM® Bilder mit verlängerter Tiefenschärfe?

Ja. Ein Z-Stapel an Messungen kann digital aus einem Hologramm rekonstruiert werden mit Hilfe einer Anzahl Wellenfeld-Propagations-Distanzen. Verschiedene Algorithmen dazu sind möglich gemäss [Colomb 2010], um eine verlängerte Fokustiefe aus solch einem Stapel zu rechnen.

Kann das DHM® die Bewegung im Raum von Partikeln, z.B. Bakterien, bestimmen?

Ja. Ein Z-Stapel von Messungen kann aus jedem aufgenommenen Hologramm digital rekonstruiert werden mit Hilfe einer Anzahl Propagations-Distanzen. Spezifische Algorithmen erlauben die Bestimmung der Wellenfront-Propagations-Distanz für den besten Fokus jedes Partikels. Diese Operation, angewandt auf eine Hologramm-Zeitsequenz, erlaubt die exakte Bestimmung der Bewegung über die Zeit, auch für mehrere Partikel. Messbeispiele sind Spermien-Bewegung in Flüssigkeit, Bakterien in Flüssigkeit oder Beads Verfolgung runter bis 1 Mikrometer Durchmesser.

Rekonstruierte Tracks von Vibrio Corallilyticus Bakterien. Die Farben repräsentieren die Zeit während dieses Abschnitts ihres Tracks.