211service.com
Nytt kamera kan se rundt hjørner
I løpet av de siste årene har enkeltpikselkameraer begynt å revolusjonere bildebehandlingsfeltet. Disse motintuitive enhetene produserer høyoppløselige bilder ved å bruke en enkelt piksel for å oppdage lys. De trenger ikke linser, bildene av har ingen av forvrengningene som linser produserer, og hele bildet er alltid i fokus. Fysikere har brukt dem til å lage filmer og til og med til å lage 3D-bilder.
Og det reiser et interessant spørsmål: hvor mye mer kan disse enhetene gjøre?
I dag får vi et slags svar takket være arbeidet til Bin Bai og co ved Xi'an Jiaotong University i Kina, som har bygget et enkelt pikselkamera som kan se rundt hjørner. Den nye enheten deres kan fotografere objekter selv når de ikke er i direkte visning.
Teknikken er lik den som brukes med andre enkeltpikselkameraer. Trikset er først å randomisere lyset som pikselen oppdager, registrere den resulterende lysintensiteten og deretter gjenta denne prosessen tusenvis av ganger.
Det er lett å tenke at denne randomiseringen gjør oppgaven med å lage et bilde enda vanskeligere, men det motsatte er sant.
Randomiseringsprosessen endrer lysintensiteten hver gang pikselen registrerer det. Disse forskjellene i intensitet er ikke tilfeldige, men i stedet korrelert med scenen foran pikselen. Så å produsere et bilde er ganske enkelt et spørsmål om å utvinne disse dataene for å finne korrelasjonen. Og jo mer data som samles inn, jo bedre blir bildet.
Så ved å registrere lysintensiteten mange ganger, er det mulig å lage et høyoppløselig bilde med en enkelt piksel.
Og det er slik Bin og co har brukt kameraet sitt til å kikke rundt i hjørnene. Det de mener med dette er at de har produsert et bilde ved hjelp av lys fra en gjenstand som er spredt utover en vegg. Pikselen registrerer det spredte lyset, men kan ikke se objektet direkte.
Oppsettet er enkelt. Teamet begynner med å belyse et lekefly med lys fra en beamer som projiserer et tilfeldig mønster av opplyste firkanter. Dette tilfeldige mønsteret endres med hver eksponering.
Flyet er ved siden av en hvit diffus vegg som sprer lys mot en enkelt piksel som ellers ikke kan se flyet. Denne pikselen registrerer lysintensiteten fra veggen. Teamet gjentar denne bildeprosessen rundt 50 000 ganger. Til slutt bruker teamet en datautvinningsalgoritme for å knuse det resulterende datasettet og for å lage bildet av flyet som vises her.
Resultatene er imponerende. Alle resultater viser at enkeltpikselkameraet kan avbilde det diffuse objektet når kameraet ikke kan se direkte på objektet, sier Bin og co.
Flyet er godt synlig på bildet, og teamet sier at ytterligere forbedringer er mulige ved for eksempel å optimalisere algoritmen og ved å redusere størrelsen på firkantene i det tilfeldige mønsteret av projisert lys. Når størrelsen på flekkmønstrene blir mindre, blir oppløsningen på bildet høyere, sier Bin og co.
Et interessant spørsmål er hvor raskt det er mulig å ta 50 000 bilder, siden dette setter en viktig grense for hvordan kameraet kan avbilde bevegelige objekter.
Det kinesiske teamet foreslår ikke potensielle applikasjoner for enheten, men det er ikke vanskelig å tenke på hvordan den kan brukes. Enkeltpikselkameraer er små, enkle å lage og billige å bygge.
På en eller annen måte er enkeltpikselkameraer satt til å ha betydelig innvirkning i en ikke så fjern fremtid.
Ref: arxiv.org/abs/1612.07120 : Avbildning rundt hjørner med enkeltpikseldetektor av Computational Ghost Imaging