Разработка методов формирования фантомных изображений (ФИ) на элементной базе волоконной оптики – одно из перспективных направлений современной оптики. Фантомная волоконная оптика, как научное направление, в настоящее время находится в начальной фазе своего развития. Однако уже сейчас на основе первых опубликованных работ можно утверждать, что это направление оптики имеет значительные перспективы. Объединение принципов и методов ФИ с элементной базой волоконной оптики может привести к созданию новых фантомных оптических устройств, имеющих значительное практическое значение для современных медицинских технологий.

Проект нацелен на разработку фундаментальных основ волоконной фантомной оптики (ВФО) и создание нового класса интеллектуальных систем обработки изображений, реализующих принципы ВФО. ВФО находится на стыке волоконной, квантовой, статистической оптики, оптики фантомных изображений и интеллектуальных систем формирования и обработки изображений. Основной упор в проекте делается на разработку физических принципов и способов получения изображений объектов с использованием оптоволоконных технологий, основанных на интерференции интенсивностей (фантомный принцип) как в классическом, так и в квантовом свете, на уровне отдельных фотонов. Также предполагается распространить предложенный ранее коллективом принцип фантомной поляриметрии на ВФО. Ключевым моментом в ВФО является приготовление пространственно структурированного света со специальными статистическими свойствами и формирование изображений на основе получаемой косвенной информации об объекте. Это требует разработки специальных физических методов управления свойствами света, а также разработки специальных математических алгоритмов и основанных на них интеллектуальных систем формирования и обработки световых сигналов. Указанные методы, алгоритмы и системы предполагается создать во время выполнения проекта. В проекте предполагается разработать теорию, которая будет описывать процесс формирования фантомных изображений в ВФО, а также разработать экспериментальные методики, реализующие ВФО. Кроме теоретических и экспериментальных исследований, направленных на развитие ВФО как научного направления в фантомной оптике, коллектив планирует на завершающей стадии проекта разработать лабораторный прототип фантомного волоконного эндоскопа для применения в научных исследованиях и, в перспективе, в реальной медицине. Прототип будет способен работать как в режиме классического, так и квантового света, а также в режиме фантомной поляриметрии.

Главной цель 1-го этапа являлось получение тестовых фантомных изображений в базовом лабораторном макете фантомного волоконно-оптического эндоскопа (ФВЭ). Первые фантомные изображения были успешно получены.

Часть из полученных в рамках выполнения Проекта результатов опубликована в научных изданиях: Journal of the Optical Society of America B (https://doi.org/10.1364/JOSAB.433600); Quantum Electronics (http://dx.doi.org/10.1070/QEL17631); Journal of Russian Laser Research (https://doi.org/10.1007/s10946-021-10006-1). Оставшаяся часть готовится к публикации. Также результаты были представлены в форме пленарной лекции, приглашенного доклада, 4 устных и 3 стендовых докладов на XII Международном симпозиуме по фотонному эхо и когерентной спектроскопии ФЭКС-2021, г. Казань, октябрь 2021 (http://pecs.su/).

Все исследования проведены за счет гранта Российского научного фонда (проект № 21-12-00155).