Bell Labs izgudro kameru bez objektīva

Tradicionālā attēlveidošanas metode, kas ir vismaz 150 gadus veca, balstās uz objektīvu, lai izveidotu attēlu, un ierīci fotonu ierakstīšanai, piemēram, pikseļu masīvu, gaismas jutīgu plēvi vai pat tīkleni.

Taču dramatiskā revolūcija, kas pašlaik pārņem attēlveidošanas pasauli, nozīmē, ka tas drīzumā var mainīties.

Šīs revolūcijas pamatā ir paņēmiens, ko sauc par saspiešanas sensoru, kura pamatā ir ideja, ka daudziem izplatītiem mērījumiem ir milzīga dublēšana. Tas nozīmē, ka ir iespējams iegūt tos pašus datus, veicot tikai daļu no rūpīgi izvēlētiem mērījumiem.

Protams, triks ir zināt, kurus mērījumus veikt un kā tos salikt. Dažādas komandas ir satraukti eksperimentē ar šo ideju. Piemēram, janvārī mēs apskatījām vienu grupu, kas šādā veidā ir izveidojusi 3-D attēlus, izmantojot vienu pikseli.

Mūsdienās šī revolūcija kļūst arvien straujāka, jo Gang Huang un draugi no Bell Labs Ņūdžersijā saka, ka ir izmantojuši kompresijas sensoru, lai izveidotu kameru, kurai nav nepieciešams objektīvs un kura fotogrāfiju uzņemšanai izmanto tikai vienu sensora pikseli. Turklāt attēli no šīs kameras nekad nav ārpus fokusa.

Jaunā ierīce pēc būtības ir vienkārša. Arhitektūra sastāv no diviem komponentiem, apertūras komplekta un sensora. Netiek izmantots neviens objektīvs, teiksim Huang un co. Tas sastāv no LCD paneļa, kas darbojas kā diafragmu klāsts, kas katra ļauj iziet cauri gaismai, un viena sensora, kas spēj noteikt trīs krāsu gaismu.

Katrs LCD bloka diafragmas atvērums ir individuāli adresējams, tāpēc to var atvērt, lai gaisma varētu iziet cauri vai aizvērta. Svarīgs šāda veida attēlveidošanas aspekts ir tas, ka atvērto un aizvērto apertūru masīvam jābūt nejaušam.

Attēla izveides process ir vienkāršs. Tas sākas ar sensoru, kas ieraksta gaismu no ainas, kas ir izgājusi caur nejaušu LCD paneļa diafragmu masīvu. Pēc tam tas ieraksta gaismu no cita nejauša masīva, pēc tam no cita un tā tālāk.

Lai gan šķietami nejauši, katrs no šiem momentuzņēmumiem ir korelēts, jo tie ieraksta vienu un to pašu ainu atšķirīgā veidā. Un šī ir atslēga, ko komanda izmanto, lai no jauna izveidotu attēlu. Saspiešanas sensora process analizē datus, meklējot šo korelāciju, ko pēc tam izmanto attēla atjaunošanai.

Skaidrs, ka jo vairāk momentuzņēmumu tiks uzņemts, jo labāks būs attēls. Taču ir iespējams izveidot diezgan labu attēlu, izmantojot tikai nelielu daļu no datiem, kas būtu nepieciešami parastam attēlam.

Piemēram, Bell Labs komanda uzņēma grāmatu attēlu (iepriekš), izmantojot tikai ceturto daļu datu, ko viņi varēja ierakstīt.

Patiesībā, jo mazāk detaļu ir ainā, jo mazāk datu ir nepieciešams, lai to rekonstruētu.

Šai revolucionārajai kamerai bez objektīva ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar parasto kameru. Pirmkārt, tas ir neliels datu apjoms, kas nepieciešams attēlu izveidošanai. Bez objektīva šie attēli necieš no aberācijām un fokusēšanas problēmām, kas saistītas ar objektīviem. Aina ir pilnībā fokusēta, un attēla izšķirtspēja ir atkarīga no diafragmas lieluma un skaita, kā arī no gaismas sensora punktveida rakstura.

Izmantojot divus sensorus aiz viena un tā paša apertūras masīva, vienlaikus iespējams izveidot divus dažādus ainas attēlus. Patiešām, vairāki sensori rada vairākus attēlus.

Turklāt ierīce ir vienkārša un lēta. Huangs un draugi uzbūvēja savu prototipu, izmantojot lētus jau nopērkamos komponentus, kas būtu pieejami ikvienam.

Pats labākais, ka tā pati pieeja darbojas arī citiem gaismas viļņu garumiem, piemēram, infrasarkanajiem un milimetru viļņiem. Tāpēc vajadzētu būt iespējai izveidot salīdzinoši lētas kameras arī šiem viļņu garumiem.

Trūkums, vismaz šobrīd, ir tāds, ka ir nepieciešams laiks, lai iegūtu datus par katru attēlu. Tādējādi kamera veido tikai nekustīgu ainu attēlus.

Bet pat tas ir noderīgi novērošanai, jo ir iespējams salīdzināt vienas ainas secīgus attēlus, lai noteiktu lietas, kas ir mainījušās, vai noteiktu kustīgu objektu ātrumu.

Tas ir iespaidīgs darbs, kam, iespējams, būs tālejošas sekas tam, kā mēs ierakstām apkārtējo pasauli. Gaidiet, ka tuvākajā nākotnē dzirdēsiet daudz vairāk par kompresīvo attēlveidošanu vai spoku attēlveidošanu, kā to dažreiz sauc.

Interesanti ir arī redzēt, kā Bell Labs atkal iedarbojas uz savām siksnām. Šī ir organizācija ar cienījamu vēsturi, bet vētrainu neseno pagātni. Ar tādiem sasniegumiem kā šis vienmēr pastāv iespēja, ka tas var atgūt daļu no savas iepriekšējās godības.

Atsauce: arxiv.org/abs/1305.7181 : bezobjektīva attēlveidošana ar kompresijas sensoru

paslēpties