تصوير الصمت (ثلاثي الأبعاد)

طور باحثون في جامعة بن غوريون في النقب وجامعة جونز هوبكنز في الولايات المتحدة طريقة تسمح بتصوير الصور المجسمة في الضوء العادي أو باستخدام المجهر الفلوري.

بواسطة يائيل لابان

كانت الصور المجسمة - التصوير الفوتوغرافي ثلاثي الأبعاد - دائمًا موضوعًا مفضلاً لكتاب الخيال العلمي. كتب Madev مليئة بالشخصيات ثلاثية الأبعاد المتحركة والمتحدثة التي تبدو تمامًا مثل الأشخاص الحقيقيين. لكن التصوير المجسم، وخاصة في مجال الفحص المجهري، له أيضًا دور مهم في البحث العلمي، حيث يحتاج الباحثون غالبًا إلى معلومات دقيقة حول البنية المكانية للخلايا والكائنات الحية.

يرى البشر رؤية ثلاثية الأبعاد بفضل حقيقة أن لديهم عينان تقعان على مسافة معينة من بعضهما البعض. يتلقى الدماغ في الوقت نفسه صورتين مختلفتين قليلاً ويعالجهما في صورة واحدة ثلاثية الأبعاد. في التصوير الفوتوغرافي الهولوغرافي، يتم تسجيل الصورة ثلاثية الأبعاد باستخدام شعاعين ضوئيين (شعاع منعكس من الكائن المصور وشعاع مرجعي) يتداخلان مع بعضهما البعض لإنشاء نمط واحد. لا يحافظ نمط التداخل على شدة الضوء فقط (كما هو الحال في التصوير الفوتوغرافي العادي) ولكن أيضًا على حدوثه (الطور) الذي يسمح بتسجيل المسافة من الكاميرا لكل نقطة على الكائن على الفيلم الفوتوغرافي. التقنية الأكثر شيوعًا لإنشاء الصور المجسمة هي صورة فريسنل ثلاثية الأبعاد: حيث تصبح كل نقطة على الجسم مجموعة من الحلقات ذات مركز مشترك (نمط فريسنل) وتمثل كثافة الحلقات مسافة النقطة من الفيلم الفوتوغرافي. في الطريقة التقليدية للتصوير الهولوغرافي، يجب استخدام أشعة الليزر. إن ما يميز الليزر هو أنه متماسك، مما يعني أن له طولًا موجيًا فريدًا وحدوثًا معروفين مسبقًا. لذلك، في التصوير الهولوغرافي، يتنافس شعاعان مع بعضهما البعض: الشعاع المرجعي الذي يأتي مباشرة من جهاز الليزر إلى الفيلم الفوتوغرافي وشعاع الجسم الذي يترك جهاز الليزر وينعكس عن الجسم المصور.

اكتشف البروفيسور يوسي روزن من قسم الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسوب في جامعة بن غوريون في النقب، مع البروفيسور غاري بروكر من مركز الفحص المجهري في جامعة جونز هوبكنز في ميريلاند بالولايات المتحدة الأمريكية، طريقة لتصوير الصور المجسمة في الضوء الأبيض باستخدام جهاز نظام بسيط وسريع للغاية. الضوء "الأبيض" ليس ضوءًا متماسكًا، مما يعني أنه يحتوي على نطاق واسع من الأطوال الموجية ذات الأحداث المختلفة. للتغلب على هذه المشكلة، استخدم روزن وبروبر جهازًا يسمى مُعدِّل الضوء المكاني (SLM)، والذي يغير الشكل المكاني لواجهة الموجة. قدم روزن وبروبر شبكتي حيود مختلفتين على SLM ومن خلالهما مرروا شعاع الضوء، الذي أصبح الآن قادرًا على التداخل مع نفسه. عندما يتم إضاءة موضوع الصورة بضوء أبيض، فإن كل نقطة على سطحها تعكس جبهة موجية محددة، مما يعني أن الضوء الصادر من نقطة واحدة يكون متماسكًا مع نفسه. عندما يتم تمرير الضوء المنعكس عبر SLM، فإنه ينقسم عبر شبكتي الحيود المختلفتين إلى واجهتي موجتين متماسكتين بشكل متبادل، حيث أنهما يخرجان من نفس النقطة. لذلك، يمكن أن تتداخل الجبهتان مع بعضهما البعض وتشكل نمط فرينل. تقوم الكاميرا بجمع وربط أنماط التداخل من جميع النقاط التي يتكون منها العظم وإنشاء صورة ثلاثية الأبعاد بمساعدة المعالجة الحاسوبية.

ترجع الحاجة إلى جهاز كمبيوتر إلى أن الهولوغرام الناتج يكون على محور ("على محور واحد"): بما أن الضوء ينعكس من نقطة واحدة، فلا توجد زاوية بين الشعاعين كما في الطرق خارج المحور ( حيث توجد زاوية بين الضوء المنعكس والشعاع المرجعي). تخلق الصور المجسمة على المحور مشكلة "الرقم المزدوج" - الازدواجية التي يجب التخلص منها. ويتم ذلك عن طريق استخدام ثلاثة أزواج من الحياكة (في الواقع، ثلاث مجموعات مختلفة من الحياكة في كل مرة) والمعالجة المحوسبة.

تتمتع الطريقة المقترحة، التي تحمل اسم FINCH (التصوير المجسم للارتباط المترابط بفريسنل) بالعديد من المزايا: يمكن تصوير الصور المجسمة في الضوء الطبيعي، بما في ذلك ضوء الشمس أو ضوء المصابيح الحرارية الشائعة ("مصابيح قوس قزح")؛ تستخدم الطريقة نظامًا بصريًا واحدًا بسيطًا نسبيًا، مما يجعله شديد المقاومة للاهتزازات والتشوهات (على عكس الأنظمة الأخرى)؛ قد يكون النظام صغيرًا نسبيًا بحيث يمكن حمله خارج المنزل؛ والتصوير سريع جدًا – مما قد يجعل من الممكن تصوير أفلام ثلاثية الأبعاد في المستقبل القريب.

ميزة أخرى مهمة هي إمكانية تصوير الصور المجسمة من خلال المجهر الفلوري. إن إشعاع الفلورسنت هو ضوء غير متماسك، لذلك لم يكن من الممكن حتى الآن استخدامه لتصوير الصور المجسمة. بمساعدة FINCHSCOPE من Rosen وBroker، من الممكن إنشاء تصور ثلاثي الأبعاد وملون للخلايا والبكتيريا مع الجمع بين طريقة FINCH والمجهر الفلوري.

إن طريقة FINCH حاليًا في مراحل التطوير: النموذج الأولي الأول يعمل بالفعل ويأمل الباحثون في جعل الطريقة متاحة قريبًا للعلماء في مختلف مجالات العلوم الطبيعية - وفي المستقبل، ربما أيضًا لعشاق الأجهزة والخيال العلمي .