用于记录全息电影的单像素相机

全息图不仅作为信用卡、电子产品或纸币上观赏性强的防伪贴纸；它们在传感器和显微镜领域也有科学应用。传统上，全息记录需使用激光，但近年已开发出可利用环境光或样本自身发光进行记录的技术。实现该目标的两项主要技术为："FINCH"使用二维图像传感器，其速度足以录制视频，但限于可见光且要求无障碍视野；而"OSH"采用单像素传感器，可透过散射介质并在可见光谱外光线中记录，但仅能实际记录静态物体图像。

神户大学应用光学研究员米田成渴望创造一种融合两者优势的全息记录技术。为攻克OSH的速度瓶颈，他与团队构建了一套系统：利用高速"数字微镜设备"将全息记录所需的光纹图案投射到物体上。"该设备以22 kHz频率运行，而此前设备的刷新率仅为60 Hz。这种速度差异相当于老年人悠闲散步与日本新干线之间的差距，"米田解释道。

在《光学快报》期刊上，神户大学团队发表了概念验证实验结果。他们证明该系统不仅能记录运动物体的三维图像，还能构建通过光散射物体（精确而言是小鼠头骨）记录全息视频的显微镜。

需承认，每秒仅略高于一帧的帧率仍较低。但米田团队通过计算表明，理论上可将帧率提升至标准屏幕帧率30 Hz。这将通过名为"稀疏采样"的压缩技术实现——其原理是不持续记录图像的每个部分。

此类全息图将应用于何处？米田表示："鉴于其可可视化散射介质后方移动的物体，我们预期该技术将应用于微创三维生物观察。但仍需攻克两大障碍：需增加采样点数并提升图像质量。为此，我们正尝试优化投射至样本的光纹图案，并采用深度学习算法将原始数据转化为图像。"

本研究获得川西纪念新明和教育基金会、日本学术振兴会（项目号20H05886, 23K13680）、西班牙国家研究署（项目号PID2022-142907OB-I00）、欧洲区域发展基金及瓦伦西亚大区政府（项目号CIPROM/2023/44）资助，并与海梅一世大学研究人员协作完成。