211service.com
Nyt kamera kan se rundt om hjørner
I de sidste par år er enkeltpixel-kameraer begyndt at revolutionere billedbehandlingsområdet. Disse kontraintuitive enheder producerer billeder i høj opløsning ved hjælp af en enkelt pixel til at registrere lys. De behøver ikke linser, billederne af har ingen af de forvrængninger, som linser producerer, og hele billedet er altid i fokus. Fysikere har brugt dem til at lave film og endda til at lave 3D-billeder.
Og det rejser et interessant spørgsmål: hvor meget mere kan disse enheder gøre?
I dag får vi et slags svar takket være arbejdet fra Bin Bai og co på Xi'an Jiaotong University i Kina, som har bygget et enkelt pixelkamera, der kan se rundt om hjørner. Deres nye enhed kan fotografere objekter, selv når de ikke er direkte synlige.
Teknikken ligner den, der bruges med andre enkeltpixel kameraer. Tricket er først at randomisere det lys, som pixlen registrerer, registrere den resulterende lysintensitet og derefter gentage denne proces tusindvis af gange.
Det er let at tro, at denne randomisering gør opgaven med at skabe et billede endnu sværere, men det omvendte er sandt.
Randomiseringsprocessen ændrer lysintensiteten, hver gang pixlen optager det. Disse forskelle i intensitet er ikke tilfældige, men i stedet korreleret med scenen foran pixlen. Så at producere et billede er simpelthen et spørgsmål om at udvinde disse data for at finde sammenhængen. Og jo mere data der bliver indsamlet, jo bedre bliver billedet.
Så ved at optage lysets intensitet mange gange, er det muligt at skabe et billede i høj opløsning med en enkelt pixel.
Og sådan har Bin og co brugt deres kamera til at kigge rundt i hjørnerne. Hvad de mener med dette er, at de har fremstillet et billede ved hjælp af lys fra en genstand, der er spredt ud over en væg. Pixelen registrerer det spredte lys, men kan ikke se objektet direkte.
Opsætningen er enkel. Holdet begynder med at belyse et legetøjsfly med lys fra en beamer, der projicerer et tilfældigt mønster af oplyste firkanter. Dette tilfældige mønster ændres ved hver eksponering.
Flyet er ved siden af en hvid diffus væg, der spreder lys mod en enkelt pixel, som ellers ikke kan se flyet. Denne pixel registrerer lysintensiteten fra væggen. Holdet gentager denne billeddannelsesproces omkring 50.000 gange. Endelig bruger holdet en data-mining-algoritme til at knuse det resulterende datasæt og til at skabe billedet af flyet vist her.
Resultaterne er imponerende. Alle resultater viser, at enkeltpixelkameraet kan afbilde det diffuse objekt, når kameraet ikke kan se direkte på objektet, siger Bin og co.
Flyet er tydeligt synligt på billedet, og teamet siger, at yderligere forbedringer er mulige ved for eksempel at optimere algoritmen og ved at reducere størrelsen af firkanterne i det tilfældige mønster af projiceret lys. Når størrelsen af speckle-mønstre bliver mindre, bliver opløsningen af billedet højere, siger Bin og co.
Et interessant spørgsmål er, hvor hurtigt det er muligt at tage 50.000 billeder, da dette sætter en vigtig grænse for, hvordan kameraet kan afbilde objekter i bevægelse.
Det kinesiske team foreslår ikke potentielle applikationer til enheden, men det er ikke svært at tænke på, hvordan det kan bruges. Enkeltpixel kameraer er små, enkle at lave og billige at bygge.
På den ene eller anden måde er enkeltpixel-kameraer indstillet til at få betydelig indflydelse i en ikke alt for fjern fremtid.
Ref: arxiv.org/abs/1612.07120 : Billeddannelse rundt om hjørner med Single-Pixel Detector af Computational Ghost Imaging