Compensación de la Aberración de Fase por efecto persiana de sensores CMOS en Microscopía Holográfica Digital

Abstract

Debido a la naturaleza de lectura secuencial de los sensores CMOS, cada fila del sensor se expone en diferentes tiempos, resultando en el denominado efecto persiana que introduce distorsiones geométricas en la imagen si la cámara o el objeto se mueven durante la adquisición. En particular, para el registro de hologramas digitales, y en general para la mayor parte de las condiciones experimentales, mientras el sensor captura barriendo progresivamente cada fila del holograma, las franjas producto de la interferencia entre el haz objeto y el haz de referencia oscilan debido a vibraciones y/o ruidos. El sensor captura cada fila del holograma en distintas instancias de estas perturbaciones; por ende, los desplazamientos entre las franjas se traducen en aberraciones de fase. Como efecto final se observan patrones de franjas espurias que distorsionan la calidad de los hologramas reconstruidos. En este trabajo se propone un método simple y eficiente para corregir este efecto mediante técnicas de procesamiento digital de imágenes. Se ejemplifica el método con hologramas de especímenes microscópicos estáticos. Los resultados alientan a la incorporación de sensores CMOS en lugar de sensores CCD en los montajes experimentales de Microscopía Holográfica Digital ya que estos ofrecen mejor resolución, además de ser menos costosos en el mercado.

Due to the sequential-readout nature of CMOS sensors, each row of the sensor array is exposed at a different time, resulting in the so-called rolling shutter effect that induces images geometric distortion when whether the video camera or the object are moving during image acquisition. Particularly, in digital holograms recording for most experimental conditions, while sensor sweeps each row of the hologram, the fringes resulting from the superposition of the object beam and the reference one oscillate due to external vibrations and/or noises. Sensor captures each hologram row in different instants of these disturbances, therefore, the fringes shifting result in phase aberrations. As a final effect, a spurious pattern is observed that distorts the reconstructed holograms quality. In this work, a simple and efficient method for eliminating this effect by using image processing tools is proposed. The method is exemplified in holograms of microscopic statics biologic objects. Results encourage incorporating CMOS sensors over CCD in Digital Holographic Microscopy because of better resolution and less expensive benefits.