211service.com
Het onzichtbare onthullen
Met dank aan de onderzoekers
Kleine onvolkomenheden in een wijnglas of kleine plooien in een contactlens kunnen lastig te onderscheiden zijn, zelfs bij goed licht. Maar MIT-ingenieurs hebben een machine-learningtechniek ontwikkeld die deze onzichtbare kenmerken en objecten in het donker kan onthullen.
De sleutel was een neuraal netwerk, een soort software dat kan worden getraind om bepaalde inputs te associëren met specifieke outputs, in dit geval donkere, korrelige afbeeldingen van transparante objecten en de objecten zelf.
Het team voerde het netwerk extreem korrelige afbeeldingen van meer dan 10.000 transparante etspatronen van geïntegreerde schakelingen. De foto's zijn gemaakt bij zeer weinig licht, met ongeveer één foton per pixel - veel minder licht dan een camera zou registreren in een donkere, afgesloten ruimte. Daarna lieten ze het neurale netwerk een nieuw korrelig beeld zien, niet opgenomen in de trainingsgegevens, en ontdekten dat het in staat was om het transparante object te reconstrueren dat de duisternis had verduisterd.
De onderzoekers stelden hun camera in om beelden te maken die enigszins onscherp waren, wat het bewijs levert, in de vorm van rimpelingen in het gedetecteerde licht, dat er mogelijk een transparant object aanwezig is.
Maar defocussering zorgt ook voor onscherpte, wat de berekeningen van een neuraal netwerk kan vertroebelen. Om een scherper, nauwkeuriger beeld te produceren, hebben de onderzoekers in het neurale netwerk een natuurkundige wet opgenomen die beschrijft hoe licht een vervagingseffect veroorzaakt wanneer een camera onscherp is.
Het team herhaalde hun experimenten met nog eens 10.000 afbeeldingen van meer algemene en gevarieerde objecten, waaronder mensen, plaatsen en dieren. Nogmaals, het neurale netwerk met het ingebedde fysica-algoritme was in staat om een afbeelding van een transparante ets die in het donker was gemaakt, opnieuw te creëren.
De resultaten tonen aan dat neurale netwerken kunnen worden gebruikt om transparante kenmerken, zoals biologische weefsels en cellen, te verlichten in afbeeldingen die met heel weinig licht zijn gemaakt.
Als je biologische cellen met licht opblaast, verbrand je ze en is er niets meer te zien, zegt George Barbastathis, hoogleraar werktuigbouwkunde. Als je een patiënt blootstelt aan röntgenstralen, vergroot je het risico dat ze kanker krijgen.
Wat we hier doen [betekent] dat u dezelfde beeldkwaliteit kunt krijgen, maar met een lagere blootstelling aan de patiënt. En in de biologie kun je de schade aan biologische exemplaren verminderen als je ze wilt bemonsteren.