משתמש:Joeygid/Joeygid/ספֶּקֶל (התאבכות)

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

ספקל, צורת ספקל , או רעש ספקלי הוא מרקם רעש גרעיני המזיק לאיכות כתוצאה מהתאבכות בין חזיתות גל במערכות הדמיה קוהרנטיות, כגון מכ"ם, מכ"ם צמצם סינתטי (SAR), אולטרסאונד רפואי וטומוגרפיה קוהרנטית אופטית . [1] [2] [3] [4] ספקל אינו רעש חיצוני, אלה תנודה אינהרנטית בהחזרה דיפוזית, מכיוון שהמפזרים אינם זהים לכל תא, והגל המואר הקוהרנטי רגיש מאוד לשינוים קטנים בפאזה. [5]

למרות שמדענים חקרו את התופעה הזו עוד מתקופת ניוטון
שגיאות פרמטריות בתבנית:מקור
שימוש בפרמטרים מיושנים [ תאריך ] [דרוש מקור], ספקל זכה בהוקרה רק מאז המצאת הלייזר. החזרי ספקל עלולים להופיע על חומרים כגון נייר, צבע לבן, משטחים מחוספסים, או בחומרים שיש בהם מספר רב של חלקיקים מתפזרים בחלל, כגון אבק באוויר או נוזלים עכורים. [6] הם נמצאים בשימוש במגוון רחב של יישומים במיקרוסקופיה, [7] [8] הדמיה, [9] [10] ומניפולציה אופטית. [11] [12] [13]

הרוב המכריע של משטחים, סינתטיים או טבעיים, מחוספסים מאוד ברזולוציית אורך הגל. אנו רואים את המקור של התופעה הזאת כאשר אנו מתארים את פונקציית ההשתקפות שלנו כמערך של מפזרים. בגלל הרזולוציה הסופית, בכל רגע נתון אנו קולטים התפלגות של פיזורים לתוך תא הרזולוציה. אותם אותות מפוזרים מצטברים באופן קוהרנטי; כלומר, הם מתווספים בצורה בונה והורסת כתלות בפאזות היחסיות של כל גל שפוגע. צורת הספקל נובעת מסכומה של אותן ההתאבכויות, המופיעות כנקודות בהירות וכהות בתמונה. [14]

במכ"מים קונבנציונליים, ספקל מגביר את רמת האפור הממוצעת של אזור מקומי. [15] ב-SAR, השפעות הספקל הן בדרך כלל משמעתיות, וגורמות לקשיים בפיענוח התמונה. [15] [16]

ספקל יכול גם לייצג מידע שימושי, במיוחד כאשר מדובר על ספקל לייזר ולתופעת ספקל דינמי, שבה ניתן למדוד פעילות של משטח, על ידי מעקב אחרי שדות תזוזה של צורת הספקל המרחבי בזמן, באמצעות קורלציית צילום דיגיטלית .

היווצרות[עריכת קוד מקור | עריכה]

תופעת הספקל היא תוצאה של התאבכויות של גלים רבים באותו התדר, בעלי פאזות ועוצמות שונות, שמתווספים יחד כדי ליצור גל שסכום העוצמה שלו, ולכן האינטנסיביות (intensity) שלו, משתנה באופן אקראי. אם נתאר כל גל על ידי וקטור, ניתן לראות שכאשר מוסיפים מספר וקטורים עם זוויות אקראיות יחד, אורך הוקטור הסופי יכול להיות כל דבר מאפס ועד סכום אורכי הוקטורים היחידים - מרחק אקראי דו-מימדי, שידוע גם בשם "הליכת השיכור". במקרה של מספר רב של גלים מתאבכים , ובמקרה של גלים מקוטבים, חלוקת האינטנסיביות (שמתנהגת כמו שורש אורך הוקטור) נהיית אקספוננציאלית: , כאשר היא האינטנסיביות הממוצעת. [1] [2] [17] [18]

כאשר משטח מואר על ידי גל של אור, לפי תורת העקיפה (דיפרקציה), כל נקודה על משטח מואר פועלת כמקור של גלים כדוריים משניים. האור בכל נקודה בשדה האור המתפזר מורכב מגלים שפוזרו מכל נקודה במשטח המואר. אם המשטח הוא מספיק מחוספס כדי ליצור שינויי אורך נתיב גדולים מאורך גל אחד, מה שמוביל לשינויי פאזה גדולים מ-2π, ובכך העוצמה (והאינטנסיביות) של האור משתנה באופן אקראי.

כאשר משתמשים באור בעל קוהרנטיות נמוכה (כלומר, מורכב מאורכי-גל רבים), בדרך כלל לא נוכל להבחין בצורת הספקל, כיוון שבדרך כלל צורת הספקל שמיוצר על ידי אורך גל אחד יבטל את צורת הספקל של השני בממוצע. למרות זאת, ניתן להבחין בצורת הספקל באור מולטי-כרומטי בתנאים מסוימים. [19]

ספקל ממצביע לייזר ירוק בתמונה של מצלמה דיגיטלית. (הבדלי הצבע הם תוצאה של מגבלות מערכת המצלמה)

יישומים[עריכת קוד מקור | עריכה]

כשהמציאו לראשונה את הלייזר, תופעת הספקל הייתה נחשבת כחסרון משמעותי כאשר משתמשים בלייזר כדי להאיר עצמים, במיוחד בהדמיה הולוגרפית בגלל התמונה המגורענת שנוצרה. מאוחר יותר הבינו חוקרים שצורת הספקל יכולה לשאת מידע על עיוותים של פני השטח של האובייקט, וניצלו את האפקט הזה בהתאבכות הולוגרפית ובאינטרפרומטריה של צורות הספקל האלקטרוניות . [20] משתמשים בתופעת הספקל גם בצילום ספקלי ובדיקת עיניים ספקלית.

כאשר הספקל משתנה בזמן כתוצאה מהמשטח שעליו מואר האור, לתופעה הזאת קוראים ספקל דינמי, וניתן להשתמש בה למדידת תנועה, באמצעות, למשל, חיישן זרימה אופטי (optical flow sensor). בחומרים ביולוגיים, התופעה ידועה בשם ספקל-ביולוגי.

ברפואה, משתמשים בתופעת ספקל דינמי כדי למדוד תנודות עדינות של גוף האדם, כאשר לתנודות האלו ניתן למצוא קורלציות לדופק, לחץ דם, ועוד, ובכך ניתן להבחין מדדים מסוימים של מטופל בצורה יעילה ולא פולשנית.[21][22][23]

[[קטגוריה:מכ"ם]]

  1. ^ 1 2 Dainty, C., ed. (1984). Laser Speckle and Related Phenomena (2nd ed.). Springer-Verlag. ISBN 978-0-387-13169-6.
  2. ^ 1 2 Goodman, J. W. (1976). "Some fundamental properties of speckle". JOSA. 66 (11): 1145–1150. Bibcode:1976JOSA...66.1145G. doi:10.1364/josa.66.001145.
  3. ^ Hua, Tao; Xie, Huimin; Wang, Simon; Hu, Zhenxing; Chen, Pengwan; Zhang, Qingming (2011). "Evaluation of the quality of a speckle pattern in the digital image correlation method by mean subset fluctuation". Optics & Laser Technology. 43 (1): 9–13. Bibcode:2011OptLT..43....9H. doi:10.1016/j.optlastec.2010.04.010.
  4. ^ Lecompte, D.; Smits, A.; Bossuyt, Sven; Sol, H.; Vantomme, J.; Hemelrijck, D. Van; Habraken, A.M. (2006). "Quality assessment of speckle patterns for digital image correlation". Optics and Lasers in Engineering. 44 (11): 1132–1145. Bibcode:2006OptLE..44.1132L. doi:10.1016/j.optlaseng.2005.10.004.
  5. ^ Moreira, Alberto; Prats-Iraola, Pau; Younis, Marwan; Krieger, Gerhard; Hajnsek, Irena; Papathanassiou, Konstantinos P. (2013). "A Tutorial on Synthetic Aperture Radar" (PDF). IEEE Geoscience and Remote Sensing Magazine. 1: 6–43. doi:10.1109/MGRS.2013.2248301.
  6. ^ Mandel, Savannah (2019-11-14). "Creating and controlling non-Rayleigh speckles". Scilight. 2019 (46): 461111. doi:10.1063/10.0000279.
  7. ^ Ventalon, Cathie; Mertz, Jerome (2006-08-07). "Dynamic speckle illumination microscopy with translated versus randomized speckle patterns". Optics Express. 14 (16): 7198–7309. Bibcode:2006OExpr..14.7198V. doi:10.1364/oe.14.007198. ISSN 1094-4087. PMID 19529088.
  8. ^ Pascucci, M.; Ganesan, S.; Tripathi, A.; Katz, O.; Emiliani, V.; Guillon, M. (2019-03-22). "Compressive three-dimensional super-resolution microscopy with speckle-saturated fluorescence excitation". Nature Communications (באנגלית). 10 (1): 1327. Bibcode:2019NatCo..10.1327P. doi:10.1038/s41467-019-09297-5. ISSN 2041-1723. PMC 6430798. PMID 30902978.
  9. ^ Katz, Ori; Bromberg, Yaron; Silberberg, Yaron (2009-09-28). "Compressive ghost imaging". Applied Physics Letters. 95 (13): 131110. arXiv:0905.0321. Bibcode:2009ApPhL..95m1110K. doi:10.1063/1.3238296. ISSN 0003-6951.
  10. ^ Dunn, Andrew K.; Bolay, Hayrunnisa; Moskowitz, Michael A.; Boas, David A. (2001-03-01). "Dynamic Imaging of Cerebral Blood Flow Using Laser Speckle". Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism (באנגלית). 21 (3): 195–201. doi:10.1097/00004647-200103000-00002. ISSN 0271-678X. PMID 11295873.
  11. ^ Bechinger, Clemens; Di Leonardo, Roberto; Löwen, Hartmut; Reichhardt, Charles; Volpe, Giorgio; Volpe, Giovanni (2016-11-23). "Active Particles in Complex and Crowded Environments". Reviews of Modern Physics. 88 (4): 045006. arXiv:1602.00081. Bibcode:2016RvMP...88d5006B. doi:10.1103/revmodphys.88.045006. ISSN 0034-6861. {{cite journal}}: |hdl-access= requires |hdl= (עזרה)
  12. ^ Volpe, Giorgio; Volpe, Giovanni; Gigan, Sylvain (2014-02-05). "Brownian Motion in a Speckle Light Field: Tunable Anomalous Diffusion and Selective Optical Manipulation". Scientific Reports (באנגלית). 4 (1): 3936. arXiv:1304.1433. Bibcode:2014NatSR...4E3936V. doi:10.1038/srep03936. ISSN 2045-2322. PMC 3913929. PMID 24496461.
  13. ^ Volpe, Giorgio; Kurz, Lisa; Callegari, Agnese; Volpe, Giovanni; Gigan, Sylvain (2014-07-28). "Speckle optical tweezers: micromanipulation with random light fields". Optics Express (באנגלית). 22 (15): 18159–18167. arXiv:1403.0364. Bibcode:2014OExpr..2218159V. doi:10.1364/OE.22.018159. ISSN 1094-4087. PMID 25089434. {{cite journal}}: |hdl-access= requires |hdl= (עזרה)
  14. ^ M. Forouzanfar and H. Abrishami-Moghaddam, Ultrasound Speckle Reduction in the Complex Wavelet Domain, in Principles of Waveform Diversity and Design, M. Wicks, E. Mokole, S. Blunt, R. Schneible, and V. Amuso (eds.), SciTech Publishing, 2010, Section B - Part V: Remote Sensing, pp. 558-77.
  15. ^ 1 2 Brandt Tso & Paul Mather (2009). Classification Methods for Remotely Sensed Data (2nd ed.). CRC Press. pp. 37–38. ISBN 9781420090727.
  16. ^ Giorgio Franceschetti & Riccardo Lanari (1999). Synthetic aperture radar processing. Electronic engineering systems series. CRC Press. pp. 145 et seq. ISBN 9780849378997.
  17. ^ Bender, Nicholas; Yılmaz, Hasan; Bromberg, Yaron; Cao, Hui (2019-11-01). "Creating and controlling complex light". APL Photonics. 4 (11): 110806. arXiv:1906.11698. Bibcode:2019APLP....4k0806B. doi:10.1063/1.5132960.
  18. ^ Bender, Nicholas; Yılmaz, Hasan; Bromberg, Yaron; Cao, Hui (2018-05-20). "Customizing speckle intensity statistics". Optica (באנגלית). 5 (5): 595–600. arXiv:1711.11128. Bibcode:2018Optic...5..595B. doi:10.1364/OPTICA.5.000595. ISSN 2334-2536.
  19. ^ McKechnie, T.S. (1976). "Image-plane speckle in partially coherent illumination". Optical and Quantum Electronics. 8: 61–67. doi:10.1007/bf00620441.
  20. ^ Jones & Wykes, Robert & Catherine (1989). Holographic and Speckle Interferometry. Cambridge University Press. ISBN 9780511622465.
  21. ^ Ilan Merdler, Aviram Hochstadt, Eihab Ghantous, Lior Lupu, Ariel Borohovitz, David Zahler, Philippe Taieb, Ben Sadeh, Zeev Zalevsky, Javier Garcia-Monreal, Michael Shergei, Maxim Shatsky, Yoav Beck, Sagi Polani, Yaron Arbel, A Contact-Free Optical Device for the Detection of Pulmonary Congestion—A Pilot Study, Biosensors 12, 2022-10, עמ' 833 doi: 10.3390/bios12100833
  22. ^ Zeev Zalevsky, Yevgeny Beiderman, Israel Margalit, Shimshon Gingold, Mina Teicher, Vicente Mico, and Javier Garcia, Simultaneous remote extraction of multiple speech sources and heart beats from secondary speckles pattern, Opt. Express 17: Optica Publishing Group, 2009, עמ' 21566-21580
  23. ^ Ben Sadeh, Ilan Merdler, Sapir Sadon, et al, A novel contact-free atrial fibrillation monitor: a pilot study, European Heart Journal - Digital Health: Oxford Academy, 2021, עמ' 105-113
אוחזר מתוך "https://he.wikipedia.org/w/index.php?title=משתמש:Joeygid/Joeygid/ספֶּקֶל_(התאבכות)&oldid=36517508"