Journal of Experimental and Theoretical PhysicsJournal of Experimental and Theoretical Physics0044-45103034-641XRussian Academy of Science10.31857/S0044451023120064Ghost Fiber Optic Endoscopy with Several Single-Pixel Detectors in the Object ArmФантомная волоконная эндоскопия с несколькими однопиксельными датчиками в объектном каналеBalakinD. A.БалакинД. А. balakin_d_a_noemail@ras.ruBelinskiyA. V.БелинскийА. В. belinskiy_a_v_noemail@ras.ruМосковский государственный университет имени М. В. ЛомоносоваPhysics Faculty, Moscow State UniversityМосковский государственный университет имени М. В. ЛомоносоваPhysics Faculty, Moscow State University011220231646910926

We describe a new method for the formation of optical ghost images, in which radiation in the object arm is detected by several detectors. The advantage of the proposed method is demonstrated, which is the smaller number of illumination patterns required for reconstructing the object image as compared to traditional schemes of ghost imaging. We propose variants of algorithms for measurement reduction to the form relevant to the imaging of the object of investigation, which are aimed at improvement of the performance of the computing component of the endoscope. The fiber-optic version of ghost imaging considered here is suitable for investigating hard-to-reach abdomens and organs of human organism, which permit the introduction of a thin fiber-optic bundle, thus extending its applicability as compared to traditional optic endoscopic methods.

Описан новый способ формирования оптических фантомных изображений, в котором используется регистрация излучения в объектном канале несколькими датчиками. Показано преимущество предлагаемого метода в числе шаблонов освещения, требуемом для восстановления изображения объекта исследования, по сравнению с традиционными схемами формирования фантомных изображений. Предложены варианты алгоритмов редукции измерений к виду, свойственному формированию изображения объекта исследования, направленные на увеличение быстродействия вычислительной компоненты эндоскопа. Рассмотренный волоконно-оптический вариант формирования фантомных изображений пригоден для исследования труднодоступных полостей и органов человеческого организма, допускающих введения туда тонкого оптоволоконного жгута, что расширяет его применимость по сравнению с классическими методами оптической эндоскопии.

А. Гатти, Э. Брамбилла, М. Баке и др., в Квантовое изображение, под ред. М. И. Колобова (ориг.), А. С. Чиркина (пер.), Физматлит, Москва (2009), с. 96A. Gatti, E. Brambilla, M. Bache et al., in Quantum Imaging, ed. by M. I. Kolobov, Springer (2007), p. 79.T. B. Pittman, D. V. Strekalov, D. N. Klyshko et al., Phys. Rev. A 53, 2804 (1996).А. В. Белинский, Д. Н. Клышко, ЖЭТФ 105, 487 (1994)A. V. Belinskii, D. N. Klyshko, JETP 78, 259 (1994).Д. Н. Клышко, Фотоны и нелинейная оптика, Наука, Москва (1980)D. N. Klyshko, Photons Nonlinear Optics, Routledge, New York (1988).J. H. Shapiro, Phys. Rev. A 78, 061802 (2008).G. M. Gibson, S. D. Johnson, M. J. Padgett, Optics Express 28, 28190 (2020).D. L. Donoho, IEEE Trans. Inf. Theory 52, 1289 (2006).E. J. Candes, T. Tao, IEEE Trans. Inf. Theory 52, 5406 (2006).E. J. Candes, M. B. Wakin, IEEE Signal Processing Magazine 25, 21 (2008).M. F. Duarte, M. A. Davenport, D. Takhar et al., IEEE Signal Processing Magazine 25, 83 (2008).S. Han, H. Yu, X. Shen et al., Applied Sciences 8, 1379 (2018).Ю. П. Пытьев, Методы математического моделирования измерительно-вычислительных систем, Физматлит, Москва (2012), 3 изд.D. A. Balakin, A. V. Belinsky, A. S. Chirkin, Quantum Inf. Process. 18, 80 (2019).Д. А. Балакин, А. В. Белинский, Квантовая электроника 49, 967 (2019)D. A. Balakin, A. V. Belinsky, Quantum Electronics 49, 967 (2019).Д. А. Балакин, Д. П. Агапов, П. П. Гостев и др., ЖЭТФ 162, 811 (2022)D. A. Balakin, D. P. Agapov, P. P. Gostev et al., JETP 135, 779 (2022).M. Lyu, W. Wang, H. Wang et al., Sci. Rep. 7, 17865 (2017).Y. He, G. Wang, G. Dong et al., Sci. Rep. 8, 6469 (2018).T. Shimobaba, Y. Endo, T. Nishitsuji et al., Opt. Commun. 413, 147 (2018).Д. А. Балакин, А. В. Белинский, Вестн. Моск. ун-та. Физ. Астрон. 4, 12 (2020)D. A. Balakin and A. V. Belinsky, Moscow University Physics Bulletin 75(4), 295 (2020).D. A. Balakin and A. V. Belinsky, Quantum Inf. Process. 19, 316 (2020).M. P. Edgar, B. Sun, R. Bowman et al., in SPIE Proc. Vol. 8899, Emerging Technologies in Security and Defence; and Quantum Security II; and Unmanned Sensor Systems X, Dresden (2013), SPIE (2013), 889902.Y. Kang, Y.-P. Yao, Z.-H. Kang et al., JOSA A 32, 1063 (2015).E. K. P. Chong and S. H. Zak, An Introduction to Optimization, 4th ed., John Wiley and Sons, Hoboken, NJ (2013).Z. Yang, W.-X. Zhang, Y.-P. Liu et al., Opt. Express 28, 3607 (2020).A. Beck and M. Teboulle, SIAM Journal on Imaging Sciences 2, 183 (2009).B. Stellato, G. Banjac, P. Goulart et al., Mathematical Programming Computation 12(4), 637 (2020).J. Chung, M. I. Espanol, Inverse Problems 33(7), 074004 (2017).P. C. Hansen and D. P. O'Leary, SIAM Journal on Scientific Computing 14, 1487 (1993).P. A. Morris, R. S. Aspden, J. E. C. Bell et al., Nat. Commun. 6, 5913 (2015).J. Kim, T. Jeong, S.-Y. Lee et al., Appl. Phys. Lett. 119(24), 244002 (2021).Д. А. Балакин, А. В. Белинский, ЖЭТФ 149, 915 (2016)D. A. Balakin, A. V. Belinsky, JETP 122, 787 (2016).Ю. П. Пытьев, Математические методы интерпретации эксперимента, Высшая школа, Москва (1989).Д. А. Балакин,Ю. П. Пытьев, Ученые записки физического факультета Московского Университета 5, 1850301 (2018).Д. П. Агапов, И. А. Беловолов, П. П. Гостев и др., ЖЭТФ 162(2), 215 (2022)D. P. Agapov, I. A. Belovolov, P. P. Gostev et al., JETP 135, 188 (2022).Г. Г. Слюсарев, Методы расчета оптических систем, Машиностроение, Ленинград (1969)G. G. Slyusarev, Aberration and optical design theory, A. Hilger, Bristol (1984).А. В. Белинский, Журнал научной и прикладной фотографии и кинематографии 3, 198 (1983).A. V. Belinsky and A. V. Plokhov, Applied Optics 34, 174 (1995).