Para ilmuwan di Universitas Connecticut telah meluncurkan sistem pencitraan baru, Multiscale Aperture Synthesis Imager (MASI), yang melewati keterbatasan optik berbasis lensa tradisional untuk mencapai resolusi 3D sub-mikron tanpa memerlukan lensa. Terinspirasi oleh teknik yang digunakan dalam astronomi radio – termasuk teknik yang memungkinkan pengambilan gambar pertama lubang hitam – MASI menjanjikan aplikasi transformatif dalam forensik, diagnostik medis, dan penginderaan jauh.
Mengatasi Hambatan Teknis yang Sudah Lama Terjadi
Selama beberapa dekade, pencitraan optik resolusi tinggi telah dibatasi oleh fisika cahaya. Pencitraan aperture sintetis (SAI) konvensional memerlukan sinkronisasi yang tepat antara beberapa sensor, suatu prestasi yang mudah dicapai pada panjang gelombang radio karena panjang gelombangnya yang lebih panjang. Namun, pada panjang gelombang cahaya tampak, dimana detail yang diinginkan diukur dalam mikrometer, sinkronisasi seperti itu menjadi hampir mustahil untuk dipertahankan secara fisik.
MASI memecahkan masalah ini dengan mengalihkan beban sinkronisasi dari perangkat keras ke perangkat lunak. Alih-alih menuntut sensor beroperasi dalam sinkronisasi fisik yang sempurna, hal ini memungkinkan setiap sensor mengukur cahaya secara independen. Algoritme komputasi kemudian menyatukan data independen ini menjadi gambar yang koheren dan beresolusi sangat tinggi. Prosesnya serupa dengan beberapa fotografer yang mengambil gambar suatu pemandangan dan memungkinkan perangkat lunak menggabungkan data mentah mereka menjadi satu rekonstruksi yang sangat detail.
Cara Kerja MASI: Difraksi, Bukan Refraksi
Pencitraan konvensional mengandalkan lensa untuk memfokuskan cahaya. MASI mengambil pendekatan yang berbeda secara mendasar: ia menggunakan serangkaian sensor berkode yang ditempatkan dalam bidang difraksi untuk menangkap pola difraksi mentah. Pola-pola ini berisi informasi amplitudo dan fase, yang dipulihkan secara komputasi. Sistem kemudian menyebarkan kembali medan gelombang ini secara digital untuk merekonstruksi gambar.
Inovasi utamanya terletak pada sinkronisasi fase komputasi. Daripada menyelaraskan sensor secara fisik, MASI secara berulang menyesuaikan offset fase relatif dari setiap data sensor dalam perangkat lunak untuk memaksimalkan koherensi secara keseluruhan. Hal ini menghilangkan batas difraksi dan batasan lain yang dikenakan oleh optik tradisional. Hasilnya adalah aperture sintetis virtual yang bisa lebih besar dari sensor mana pun, memungkinkan resolusi yang belum pernah ada sebelumnya dan cakupan bidang yang luas.
Implikasi dan Skalabilitas
Manfaat pencitraan tanpa lensa sangatlah signifikan. Lensa tradisional memaksa para desainer untuk melakukan trade-off: resolusi yang lebih tinggi memerlukan jarak yang lebih dekat dengan objek, membatasi jarak kerja dan membuat tugas-tugas tertentu menjadi tidak praktis. Sebaliknya, MASI dapat menangkap pola difraksi dari jarak beberapa sentimeter, merekonstruksi gambar pada tingkat sub-mikron.
“Ini mirip dengan memeriksa tonjolan halus pada rambut manusia dari atas meja alih-alih mendekatkannya beberapa inci dari mata Anda,” jelas Profesor Guoan Zheng, penulis senior studi tersebut. Sistem ini juga berskala linier, artinya peningkatan resolusi tidak memerlukan perangkat keras yang jauh lebih rumit, tidak seperti optik tradisional. Skalabilitas ini menunjukkan potensi array yang lebih besar dan aplikasi yang tidak terduga di masa depan.
Temuan tim ini, yang dipublikasikan di Nature Communications, mewakili lompatan maju yang signifikan dalam teknologi pencitraan. Kemampuan untuk mencapai resolusi tinggi tanpa lensa membuka pintu ke berbagai kemungkinan, mulai dari analisis forensik terperinci hingga diagnostik medis non-invasif.
