構造化照明と圧縮センシングを用いた超高解像度２次元ラマン分光高速イメージング

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K04188
• Research Institution: Meijo University
• Principal Investigator: 來海 博央 名城大学, 理工学部, 教授 (30324453)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 構造化照明 / 圧縮センシング / ラマン分光法 / ２次元イメージング / ひずみ分布

Outline of Annual Research Achievements

構造化照明を用いた２次元ラマン分光イメージング顕微鏡で得られるデータを圧縮センシングで復元するアルゴリズムを構築するため，２次元ラマン分光イメージング顕微鏡で得られるデータを模擬した２次元ならびに３次元空間のラマンスペクトルのデータキューブをシミュレーションにより作成した．
２次元シミュレーションではSi基板に欠陥を含む場合を対象とした．シミュレーションにより作成されたデータキューブから得られる特定波長のラマンイメージング画像に対して，構造化照明と同等となる９分の１のデータを用いて，圧縮センシングにより画像の復元を行った．２次元の復元においては，き裂の様な欠陥が存在する不連続なデータにおいても精度よく復元でき，き裂位置が判別できた．変化の勾配も全データを用いたデータ変化に近いものとなり有効性を示せた．この時の復元速度は汎用のPCで10秒程度であることから，２次元構造化照明では９回の測定が必要となるが，１回の測定で画像復元あるレベルでできるため，測定時間を数倍速くすることが可能となった．
一方，３次元のラマンイメージングの復元では，基板上に薄膜が製膜された材料を想定し，奥行き方向に，異なるラマンスペクトルを有する３次元のラマンイメージングに対し，復元の可能性について検討を行った．一度に３次元方向を復元する手法ではなく，２回復元することで画像を再構築する手法の検討を行った．復元の仕方により若干結果が異なるが，２方向からの復元でも材料によるラマンスペクトルデータの違いを復元することができ，３次元の構造化照明においても，高速に画像を復元できる可能性を示した．