La regione Terahertz (THz) del campo elettromagnetico (frequenze 0.3-3 THz e lunghezze d'onda 1mm - 100 micron) è posta tra la regione delle microonde (MW) e quella degli infrarossi (IR). Come le MW, la radiazione THz può penetrare materiali non conduttivi. Secondo la teoria della diffrazione, la risoluzione di un microscopio aumenta con la diminuzione della lunghezza d'onda, quindi la microscopia THz presenta una risoluzione maggiore rispetto all'imaging a MW, con profondità di penetrazione comparabile nel caso della pelle umana. La penetrazione e l'alta risoluzione sono di solito collegati ai raggi X (energia dei fotoni 15-150 keV), mentre i fotoni nella banda THz (energia 1-10 meV) sono di bassa energia, quindi non ionizzanti, caratteristica importante per una tecnica di diagnostica medicale. Il progetto al quale lavora attualmente il richiedente del progetto verte sullo sviluppo di un microscopio a scattering THz per lo studio della struttura interna della pelle al fine di diagnosticare malattie della pelle, come tumori o carcinoma. Per fare ciò si vuole determinare le proprietà strutturali dei diversi strati interni della pelle attraverso la loro efficienza di scattering THz. Per dimostrare la fattibilità di questo approccio, un modello in scala è stato costruito con radiazione monocromatica a 0.1 THz (diodo IMPATT in onda continua) e una fotocamera THz (Terasense, 32x32 pixel). Nel sistema finale è invece previsto l'uso di una sorgente con frequenza 0.6 THz (lunghezza d'onda = 0.5 mm), per cui ci aspettiamo di avere una risoluzione circa 6 volte superiore. L'analisi delle immagini raccolte verrà effettuata tramite trasformate wavelet, strumento finora mai utilizzato per la radiazione THz. Queste trasformate permettono di parametrizzare il segnale. La parametrizzazione del segnale è un possibile metodo per poter discriminare fra tessuti sani e malati, dato che i meccanismi di contrasto imaging THz nella pelle devono ancora essere determinati.
Gli esperimenti svolti finora sulla radiazione Terahertz (THz) sono stati fortemente limitati dalla bassa potenza delle sorgenti e dall'assenza di telecamere apposite. Attualmente il laboratorio IRS è in possesso sia delle une che delle altre, dando la possibilità di effettuare studi di caratterizzazione della radiazione THz mai svolti finora. L'analisi dell'immagine sfruttando MxN pixel contemporaneamente, piuttosto che la scansione utilizzando un detector puntiforme, permette di avere più informazioni sull'immagine. Infatti ogni pixel dell'immagine finale è dato dalla forma del segnale e non dalla media. Per quanto riguarda la produzione, ad oggi, la radiazione THz può essere prodotta in due maniere pratiche implementabili in uno strumento adatto ad un laboratorio di analisi: tramite impulsi di luce ultracorti (cosiddetta TeraHertz Time Domain Spectroscopy, o THz-TDS) che generano impulsi THz con contenuto spettrale molto ampio (per esempio da 0.1 a 3.0 THz) e tramite oscillatori a microonde moltiplicati in frequenza che generano onde monocromatiche coerenti simili a quelle di un laser, ma di minore potenza. Studi precedenti condotti da gruppi internazionali hanno indicato chiaramente che un approccio basato sulla radiazione monocromatica rende l'analisi di immagini più chiara e l'apparato sperimentale più affidabile e meno costoso. Inoltre, gli approcci di super-risoluzione proposti sono validi esclusivamente per radiazione monocromatica. Ad oggi il gruppo IRS ha a disposizione due apparati sperimentali indipendenti. Il primo è un microscopio confocale, dove la sorgente della radiazione è un Virginia Diode a 0.3 THz (ma regolabile tra 0.26 e 0.4 THz variando la tensione fornita) con potenza di 1 mW e il rivelatore un diodo Schottky, che fornisce la media dei valori all'interno del fuoco per ogni pixel. L'altro apparato è un microscopio che può funzionare sia in trasmissione che in riflessione e ha per sorgente un diodo Terasense a 0.1 THz con potenza di 100 mW e per rivelatore una telecamera Terasense (32x32 pixel). Entrambi gli apparati osservano un singolo punto alla volta (delle dimensioni del fuoco, a queste frequenze dell'ordine del millimetro, ma dipendente anche dalle lenti e dagli specchi dell'apparato) e per ottenere un'immagine devono effettuarne una scansione completa dell'area di interesse. Grazie all'utilizzo della radiazione monocromatica è possibile applicare algoritmi di super risoluzione. Mentre di norma la risoluzione è vincolata dal limite di diffrazione, è perciò impossibile vedere oggetti con dimensione inferiore alla lunghezza d'onda della radiazione, tramite questo metodo si può arrivare a vedere oggetti fino a un ventesimo della lunghezza d'onda. Questa tecnica consiste nella raccolta della stessa immagine più volte, coprendone ogni volta una sezione più grande, attraverso passi lunghi circa un centesimo della lunghezza d'onda. Con lunghezza d'onda pari a 1 mm ad esempio si effettuano passi di 10 micron grazie ad una slitta a precisione micrometrica. Slitte motorizzate a disposizione del gruppo raggiungono precisioni fino a 0.05 micron. Questa tecnica di super risoluzione è quindi difficilmente applicabile sia nello spettro visibile che in buona parte di quello infrarosso, visto che richiederebbe una precisione degli strumenti nell'ordine del nm, attualmente non raggiungibile. Oltre all'innovazione dovuta alla tecnologia a disposizione, si vuole anche innovare il metodo di analisi delle immagini raccolte da questi strumenti. Il metodo delle wavelet, già ampiamente utilizzato per l'analisi di immagini nel visibile, non è invece ancora stato applicato nella regione THz dello spettro elettromagnetico. Questo metodo ha diverse applicazioni, come la compressione delle immagini, l'eliminazione del rumore da un'immagine, o la ricostruzione di forme di segnale attraverso la loro parametrizzazione. In particolare le ultime due possono risultare di particolare interesse per il progetto in questione. L'eliminazione del rumore risulta infatti molto importante nel momento in cui viene effettuata la scansione per la diagnosi medicale, quindi su persone che anche solo respirando possono muoversi rispetto al microscopio. In questo modo si può ridurre al minimo il contributo dato dalle vibrazioni. La parametrizzazione delle immagini può invece risultare utile nello studio di disomogeneità tra diversi strati osservati all'interno di un materiale. Potrebbe infatti rappresentare una sorta di indice di rifrazione efficace di una serie di strati non regolari e diversi tra loro. Nell'ambito della diagnosi medicali di malattie della pelle questo può risultare particolarmente importante nella discriminazione tra un tessuto sano ed uno tumorale ad esempio.