211service.com
Nieuwe camera kan om hoeken kijken
In de afgelopen jaren zijn single-pixel camera's begonnen een revolutie teweeg te brengen op het gebied van beeldvorming. Deze contra-intuïtieve apparaten produceren afbeeldingen met een hoge resolutie met behulp van een enkele pixel om licht te detecteren. Ze hebben geen lenzen nodig, de beelden van hebben geen van de vervormingen die lenzen produceren, en het hele beeld is altijd scherp. Natuurkundigen hebben ze gebruikt om films te maken en zelfs om 3D-beelden te maken.
En dat roept een interessante vraag op: hoeveel meer kunnen deze apparaten doen?
Vandaag krijgen we een soort antwoord dankzij het werk van Bin Bai en co aan de Xi'an Jiaotong University in China, die een camera met één pixel hebben gebouwd die om hoeken kan kijken. Hun nieuwe apparaat kan objecten fotograferen, zelfs als ze niet in direct zicht zijn.
De techniek is vergelijkbaar met die van andere camera's met één pixel. De truc is om eerst het licht dat de pixel detecteert willekeurig te verdelen, de resulterende lichtintensiteit vast te leggen en dit proces vervolgens duizenden keren te herhalen.
Het is gemakkelijk om te denken dat deze randomisatie het maken van een afbeelding nog moeilijker maakt, maar het omgekeerde is waar.
Het randomisatieproces verandert de intensiteit van het licht telkens wanneer de pixel het opneemt. Deze verschillen in intensiteit zijn niet willekeurig, maar gecorreleerd met de scène voor de pixel. Dus het produceren van een afbeelding is gewoon een kwestie van het ontginnen van deze gegevens om de correlatie te vinden. En hoe meer data er wordt verzameld, hoe beter het beeld wordt.
Door de intensiteit van het licht vele malen vast te leggen, is het dus mogelijk om met een enkele pixel een afbeelding met een hoge resolutie te maken.
En zo hebben Bin en co hun camera gebruikt om om de hoek te kijken. Wat ze hiermee bedoelen is dat ze een afbeelding hebben gemaakt met behulp van licht van een object dat van een muur wordt verstrooid. De pixel neemt het verstrooide licht op, maar kan het object niet direct zien.
De opzet is eenvoudig. Het team begint met het verlichten van een speelgoedvliegtuig met licht van een beamer die een willekeurig patroon van verlichte vierkanten projecteert. Dit willekeurige patroon verandert bij elke belichting.
Het vliegtuig bevindt zich naast een witte diffuse muur die licht verstrooit naar een enkele pixel die het vliegtuig anders niet kan zien. Deze pixel registreert de lichtintensiteit van de muur. Het team herhaalt dit beeldvormingsproces zo'n 50.000 keer. Ten slotte gebruikt het team een datamining-algoritme om de resulterende dataset te kraken en het beeld van het hier getoonde vliegtuig te creëren.
De resultaten zijn indrukwekkend. Alle resultaten laten zien dat de camera met één pixel het diffuse object in beeld kan brengen wanneer de camera niet rechtstreeks naar het object kan kijken, zeggen Bin en co.
Het vliegtuig is duidelijk zichtbaar op de afbeelding en het team zegt dat verdere verbeteringen mogelijk zijn door bijvoorbeeld het algoritme te optimaliseren en de vierkanten in het willekeurige patroon van geprojecteerd licht te verkleinen. Wanneer de grootte van spikkelpatronen kleiner wordt, wordt de resolutie van de afbeelding hoger, zeggen Bin en co.
Een interessante vraag is hoe snel het mogelijk is om 50.000 opnames te maken, aangezien dit een belangrijke grens stelt aan hoe de camera bewegende objecten in beeld kan brengen.
Het Chinese team suggereert geen mogelijke toepassingen voor het apparaat, maar het is niet moeilijk om manieren te bedenken waarop het kan worden gebruikt. Single-pixel camera's zijn klein, eenvoudig te maken en goedkoop te bouwen.
Op de een of andere manier zullen camera's met één pixel in de niet al te verre toekomst een aanzienlijke impact hebben.
Referentie: arxiv.org/abs/1612.07120 : Imaging om de hoek met Single-Pixel Detector door Computational Ghost Imaging