The Correlation Plenoptic Imaging (CPI) technology exploits quantum spatio-temporal correlations of light to obtain 3D images. CPI allows to refocus images of out-of-focus objects in post processing, increase the depth of field, reconstruct 3D images, without the characteristic loss of resolution that affects traditional devices for plenoptic imaging. Moreover, CPI provides a combination of resolution and depth of field that cannot be achieved with any other imaging systems
Patent Status
Priority Number
102016000027106
Priority Date
15/03/2016
License
INTERNATIONAL
Market
Interactions with physicians, biologists, technology experts and optical instrumentation manufacturers, corroborated the idea of considering biomedical microscopic imaging as the most promising field of application of the CPI technology. The international volume market for microscopes is estimated around 8 billion dollars per year (SAM), of which 590 million related to confocal microscopes (SOM). The overall market of imaging devices (TAM) is estimated over 500 billion dollars (TAM).
Problem
Plenoptic imaging devices enable to simultaneously capture the image of a given scene and to detect the propagation direction of light; as a consequence, the user can refocus, in post-processing, out-of-focus parts of the scene, and reconstruct 3D images with an apparatus that is compact, not expensive and easy to use. Despite the growing popularity in fields such as biomedical imaging, industrial inspection, space imaging, state-of-the-art plenoptic imaging devices are intrinsically limited by a strong tradeoff between the gain in precision in determining light direction and the consequent loss of image resolution. The actual use of current devices is therefore strongly limited, especially in contexts in which microscopic resolutions are required. The development of a plenoptic imaging device that overcomes the tradeoff between image resolution and depth of the volume reconstructed in 3D, determined by directional resolution, is of relevant social interest. Actually, such a device could be integrated in instrumentation for medical diagnosis, as well as scientific research. The capability to obtain high-resolution images with smaller acquisition times compared to the current technologies.
Current Technology Limitations
L’imaging plenottico fornisce uno strumento per ottenere immagini 3D con un sistema compatto, economico e facile da usare. Tuttavia, le applicazioni dei dispositivi plenottici allo stato dell’arte sono limitate dall’intrinseca perdita di risoluzione. La misura della direzione della luce, alla base della capacità di imaging 3D, richiede la possibilità di discriminare tra almeno 9 direzioni della luce che si propaga nella scena. Questo, tuttavia, si traduce in una perdita di risoluzione almeno di un fattore 3, il che può essere inaccettabile, soprattutto nel contesto della microscopia. Il problema della perdita di risoluzione è solitamente affrontato, restando nel contesto dell’imaging plenottico, attraverso algoritmi di ricostruzione delle immagini. Tuttavia, questi algoritmi sono impegnativi dal punto di vista computazionale, e le immagini risultanti sono non deterministiche e dipendenti dall’algoritmo scelto. Altri metodi di imaging 3D che assicurano alta risoluzione richiedono al tempo stesso un apparato più complesso e (stereoscopia), scansioni.
Killer Application
Il campo di applicazione più promettente della tecnologia proposta è rappresentato dall’imaging microscopico di campioni biomedicali. In questo campo, la tecnologia CPI soddisfa il bisogno di fornire immagini tridimensionali ad alta risoluzione, acquisite a velocità anche 10 volte superiore a quella degli attuali dispositivi. Grazie alla sua capacità di rifocalizzare parti sfocate dell’immagine, un dispositivo CPI consente di ottenere immagini di campioni tridimensionali a risoluzione confrontabile a quella dei microscopi confocali allo stato dell’arte, ma con un campo volumetrico più esteso.
Our Technology and Solution
La tecnologia CPI è basata su un principio di funzionamento completamente diverso rispetto all’imaging tradizionale: mentre in quest’ultimo viene misurata l’intensità della luce, CPI si basa sulla misura delle correlazioni quantistiche spazio-temporali, intrinseche nella luce. Tale misura viene realizzata utilizzando due sensori disgiunti: uno dedicato all’acquisizione dell’immagine della scena, uno all’acquisizione dell’informazione direzionale. Ne deriva la capacità dei dispositivi CPI di superare la limitazione intrinseca ai convenzionali dispositivi di imaging plenottico, e di raggiungere una combinazione di risoluzione dell’immagine e profondità di campo senza precedenti. In particolare, la CPM consente di ottenere immagini alla massima risoluzione consentita dall’ottica fisica (il “limite di diffrazione”), pur mantenendo tutte le peculiarità tipiche dell’imaging plenottico, ovvero, la capacità di rifocalizzazione, a posteriori, e di ricostruzione 3D della scena.
Advantages
CPI consente di ottenere immagini tridimensionali, caratterizzate da un’alta risoluzione, di volumi con un’estensione longitudinale potenzialmente 10 volte superiore rispetto alla profondità di campo dell’immagine a fuoco. Questo, insieme alle velocità di acquisizione attese, risolve tutte le attuali problematiche dell’imaging plenottico, ed apre nuovi possibili campi di applicazione, tra cui l’imaging non invasivo in vivo.
Roadmap
TRL
Team
