Bell Labs wynajduje aparat bezobiektywowy

Tradycyjna metoda obrazowania, która ma co najmniej 150 lat, opiera się na soczewce do tworzenia obrazu i urządzeniu do rejestracji fotonów, takim jak układ pikseli, błona światłoczuła, a nawet siatkówka.

Jednak dramatyczna rewolucja, która obecnie szturmem podbija świat obrazowania, oznacza, że ​​wkrótce może się to zmienić.

Ta rewolucja opiera się na technice zwanej detekcją ściskającą, która opiera się na założeniu, że wiele powszechnych pomiarów ma ogromną redundancję. Oznacza to, że możliwe jest uzyskanie tych samych danych za pomocą zaledwie ułamka starannie dobranych pomiarów.

Sztuką jest oczywiście wiedza o tym, jakie pomiary wykonać i jak je ponownie złożyć. Różne zespoły z ekscytacją eksperymentowały z tym pomysłem. Na przykład w styczniu przyjrzeliśmy się jednej grupie, która stworzyła w ten sposób obrazy 3D przy użyciu jednego piksela.

Dziś ta rewolucja nabiera tempa, ponieważ Gang Huang i koledzy z Bell Labs w New Jersey twierdzą, że wykorzystali detekcję kompresyjną do zbudowania aparatu, który nie potrzebuje obiektywu i używa tylko jednego piksela do robienia zdjęć. Co więcej, obrazy z tego aparatu nigdy nie są nieostre.

Nowe urządzenie ma prosty charakter. Architektura składa się z dwóch komponentów, zespołu przesłony i czujnika. Nie używa się żadnego obiektywu, powiedzmy Huang i spółka. Składa się z panelu LCD, który działa jak szereg otworów, z których każdy przepuszcza światło, oraz pojedynczego czujnika zdolnego do wykrywania światła w trzech kolorach.

Każdy otwór w matrycy LCD jest indywidualnie adresowany, a więc może być otwarty, aby przepuścić lub zamknąć światło. Ważnym aspektem tego rodzaju obrazowania jest to, że szereg otwartych i zamkniętych apertur musi być losowy.

Proces tworzenia obrazu jest prosty. Rozpoczyna się od czujnika rejestrującego światło ze sceny, które przeszło przez losowy układ otworów na panelu LCD. Następnie rejestruje światło z innej losowej tablicy, a następnie z innej i tak dalej.

Chociaż pozornie losowe, każde z tych migawek jest skorelowane, ponieważ rejestrują tę samą scenę w inny sposób. I to jest klucz, którego zespół używa do ponownego złożenia obrazu. Proces kompresji ściskającej analizuje dane, szukając tej korelacji, którą następnie wykorzystuje do odtworzenia obrazu.

Oczywiście im więcej zrobionych migawek, tym lepszy będzie obraz. Ale możliwe jest stworzenie całkiem dobrego obrazu przy użyciu zaledwie ułamka danych, których wymagałby konwencjonalny obraz.

Na przykład zespół Bell Labs wykonał zdjęcie książek (powyżej), wykorzystując tylko jedną czwartą danych, które mogli zarejestrować.

W rzeczywistości im mniej szczegółów znajduje się w scenie, tym mniej danych jest wymaganych do jej rekonstrukcji.

Ten rewolucyjny aparat bezobiektywowy ma wiele zalet w porównaniu z konwencjonalnym aparatem. Pierwsza to niewielka ilość danych potrzebnych do tworzenia obrazów. Bez obiektywu obrazy te nie wykazują żadnych aberracji i problemów z ogniskowaniem związanych z obiektywami. Scena jest całkowicie ostra, a rozdzielczość obrazu zależy od rozmiaru i liczby otworów oraz punktowego charakteru czujnika światła.

Używając dwóch czujników za tym samym układem apertury, możliwe jest jednoczesne tworzenie dwóch różnych obrazów sceny. Rzeczywiście, wiele czujników wytwarza wiele obrazów.

Co więcej, urządzenie jest proste i tanie. Huang i koledzy zbudowali swój prototyp przy użyciu tanich, gotowych komponentów, do których każdy miałby dostęp.

Co najlepsze, to samo podejście działa w przypadku innych długości fal światła, takich jak fale podczerwone i fale milimetrowe. Powinno więc być możliwe stworzenie stosunkowo tanich kamer również dla tych długości fal.

Wadą, przynajmniej na razie, jest to, że uzyskanie danych dla każdego obrazu zajmuje trochę czasu. Tak więc aparat tworzy tylko obrazy nieruchomych scen.

Ale nawet to jest przydatne w inwigilacji, ponieważ możliwe jest porównywanie kolejnych obrazów tej samej sceny w celu ustalenia, co się zmieniło lub obliczenia prędkości poruszających się obiektów.

To imponujące dzieło, które może mieć daleko idące konsekwencje dla sposobu, w jaki rejestrujemy otaczający nas świat. Spodziewaj się, że w niedalekiej przyszłości usłyszysz o wiele więcej o obrazowaniu kompresyjnym lub obrazowaniu widmowym, jak to się czasem nazywa.

Ciekawe jest również, jak Bell Labs ponownie uderza w paski. Jest to organizacja o czcigodnej historii, ale burzliwej niedawnej przeszłości. Dzięki takim postępom zawsze istnieje szansa, że ​​uda mu się odzyskać część swojej dawnej świetności.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1305.7181 : Obrazowanie bezsoczewkowe przez detekcję ściskającą

ukryć