در کنار پرواز و نامرئی بودن ، در بالای فهرست قدرتهای برتری که آرزوی هر کودکی است ، توانایی دیدن از بین یا اطراف دیوارها یا سایر موانع تصویری است. آن توانایی اکنون یک قدم بزرگ به واقعیت نزدیک شده است زیرا دانشمندانی از دانشگاه ویسکانسین - مادیسون و Universidad de Zaragoza در اسپانیا ، با استفاده از درس های اپتیک کلاسیک ، نشان داده اند که امکان تصویربرداری از صحنه های پیچیده پنهان با استفاده از "دوربین مجازی" طرح یزی شده برای دیدن اطرف موانع وجود دارد.
این فناوری در گزارشی در مجله طبیعت شرح داده شده است. پس از کامل شدن ، می توان از آن در طیف گسترده ای از برنامه ها ، از دفاع و رهایی از بلایا گرفته تا ساخت و تصویربرداری پزشکی استفاده کرد. این کار عمدتاً توسط ارتش از طریق آژانس طرح های تحقیقاتی پیشرفته وزارت دفاع آمریکا (DARPA) و ناسا ، که این فناوری را به عنوان یک روش بالقوه برای دقیق دیدن داخل غارهای پنهان در ماه و مریخ در نظر گرفته است ، تأمین سرمایه شده است.
فناوری هایی برای دستیابی به آنچه دانشمندان از آن به عنوان "تصویربرداری روی غیر خط دید" نام می برند سال‌هاست در حال توسعه است ، اما چالش های فنی آنها را به تصاویر غیر واضح از صحنه های ساده محدود کرده است. چالش هایی که با رویکرد جدید می توان بر آنها غلبه کرد شامل تصویربرداری صحنه های پنهانِ به مراتب پیچیده تر ، دیدن چندین گوشه و کنار و فیلمبرداری هستند.
آندریاس وِلتن ، استاد زیست آمار و انفورماتیک پزشکی در دانشکده پزشکی و سلامت عمومی دانشگاه واشنگتن و نویسنده ارشد این مطالعه جدید منتشره در مجله طبیعت می گوید: "این نوع تصویربرداری روی غیر خط دید مدتی است که در اطراف اتفاق افتاده است." "رویکردهای مختلف زیادی در مورد آن وجود داشته است."
وِلتن می گوید ایده اصلی تصویربرداری روی غیر خط دید، حول استفاده از نور غیرمستقیم ، منعکس شده ، و یک پژواک نوری از چیزهای همنوع ، برای گرفتن تصاویر از یک صحنه پنهان می چرخد. فوتون هایی از هزاران پالس نور لیزر از یک دیواره یا سطحی دیگر به یک صحنه مبهم منعکس می شوند و نور منعکس شده پخش شده به حسگرهای متصل به یک دوربین باز می گردد. سپس از ذرات یا فوتون های بازپس گرفته شده نور برای بازسازی دیجیتالی صحنه پنهان در سه بعد استفاده می شود.
ولتن توضیح می دهد: "ما پالس های نوری را به یک سطح می فرستیم و نوری که بر می گردد را می بینیم ، و از آن می توانیم آنچه را که در صحنه‌ی پنهان است ببینیم."
کار اخیر گروه های تحقیقاتی دیگر بر بهبود کیفیت بازسازی صحنه در شرایط کنترل شده با استفاده از صحنه های کوچک با اشیاء منفرد متمرکز شده است. کار ارائه شده در گزارش جدید مجله طبیعت از صحنه های ساده فراتر می رود و متوجه محدودیت های اصلی فناوری موجود تصویربرداری روی غیر خط دید است از جمله در این موارد: تغییر کیفیت مواد دیوارها و سطوح اشیاء پنهان ، تغییرات بزرگ در روشنایی اشیاء پنهان مختلف ، بازتاب درونی پیچیده نور بین اشیاء در یک صحنه پنهان ، و مقدار زیادی از داده های نویزی که برای بازسازی صحنه های بزرگتر مورد استفاده قرار می گیرند. روی هم رفته ، آن چالش ها مانع کاربردهای عملی سیستم های تصویربرداری روی غیر خط دید در حال ظهور شده است.
ولتن و همکارانش ، از جمله دیِگو گوتیِرِز از Universidad de Zaragoza ، این مشکل را ، با نگاه کردن به آن از طریق یک منشور مرسوم‌تر با به کار بردن همان ریاضی‌ای که برای تفسیر تصاویر گرفته شده با سیستمهای مرسوم تصویربرداری روی خط دید استفاده می شود ، به جهت مثبت برگرداندند. این روش جدید بر مشکل استفاده از یک الگوریتم بازسازی منفرد فائق می‌آید و یک کلاس جدید از الگوریتم های تصویربرداری را توصیف می کند که مزایای منحصر به فردی دارند.
گوتیرز خاطر نشان می کند که سیستم های متعارف ، نور پراکنده شده را به عنوان موج تفسیر می کنند ، که می تواند با اعمال تبدیلات ریاضی کاملاً شناخته شده در امواج نوری که از میان سیستم تصویر برداری منتشر می شوند ، به تصاویر تبدیل شود.
ولتن می گوید در مورد تصویربرداری روی غیر خط دید ، چالش تصویربرداری از یک صحنه پنهان ، با فرمول بندی تازه مسأله تصویربرداری روی غیر خط دید به عنوان یک مسأله پراش موج ، و سپس با استفاده از تبدیلات ریاضی کاملاً شناخته شده از سیستم های تصویربرداری دیگر برای تفسیر امواج و بازسازی تصویری از یک صحنه پنهان ، حل می شود. با انجام این کار ، این روش جدید هر دیواره پراکنده کننده‌ای را به یک دوربین مجازی تبدیل می کند.
ولتن ، که همچنین دارای سِمَت انتصاب اساتید در گروه مهندسی برق و کامپیوتر در مدیسون دانشگاه واشنگتن و گروه زیست آمار و انفورماتیک پزشکی است و وابسته به انستیتوی تحقیقات مورگرید و آزمایشگاه UW-Madison برای ابزار محاسباتی و اپتیکی است ، می گوید: "آنچه ما انجام دادیم بیان مشکل با استفاده از امواج بود." امکان تصویربرداری از صحنه های پیچیده پنهان با استفاده از "دوربین مجازی" طرح یزی شده برای دیدن اطرف موانع وجود دارد. "سیستم ها همان ریاضیات متضمن را دارند ، اما ما دریافتیم که بازسازی ما بطور شگفت آوری قوی است ، حتی با استفاده از داده های واقعاً بد. شما می توانید آن را با فوتون های کمتری انجام دهید."
تیم ولتن نشان داد که با استفاده از رویکرد جدید ، صحنه های پنهان ، با وجود چالش های پیچیدگی صحنه ، تفاوت در مواد بازتابنده ، نور محیطی پراکنده ، و عمق های مختلف میدان برای اشیاء تشکیل دهنده‌ی صحنه ، قابل تصویر برداری هستند.
توانایی طرح ریزی اساسی یک دوربین از یک سطح به سطح دیگر نشان می دهد که این فناوری می تواند تا جایی توسعه یابد که امکان دیدن چندین گوشه وجود داشته باشد.
منبع: دانشگاه ویسکانسین-مدیسون
این فناوری در گزارشی در مجله طبیعت شرح داده شده است. پس از کامل شدن ، می توان از آن در طیف گسترده ای از برنامه ها ، از دفاع و رهایی از بلایا گرفته تا ساخت و تصویربرداری پزشکی استفاده کرد. این کار عمدتاً توسط ارتش از طریق آژانس طرح های تحقیقاتی پیشرفته وزارت دفاع آمریکا (DARPA) و ناسا ، که این فناوری را به عنوان یک روش بالقوه برای دقیق دیدن داخل غارهای پنهان در ماه و مریخ در نظر گرفته است ، تأمین سرمایه شده است.
فناوری هایی برای دستیابی به آنچه دانشمندان از آن به عنوان "تصویربرداری روی غیر خط دید" نام می برند سال‌هاست در حال توسعه است ، اما چالش های فنی آنها را به تصاویر غیر واضح از صحنه های ساده محدود کرده است. چالش هایی که با رویکرد جدید می توان بر آنها غلبه کرد شامل تصویربرداری صحنه های پنهانِ به مراتب پیچیده تر ، دیدن چندین گوشه و کنار و فیلمبرداری هستند.
آندریاس وِلتن ، استاد زیست آمار و انفورماتیک پزشکی در دانشکده پزشکی و سلامت عمومی دانشگاه واشنگتن و نویسنده ارشد این مطالعه جدید منتشره در مجله طبیعت می گوید: "این نوع تصویربرداری روی غیر خط دید مدتی است که در اطراف اتفاق افتاده است." "رویکردهای مختلف زیادی در مورد آن وجود داشته است."
وِلتن می گوید ایده اصلی تصویربرداری روی غیر خط دید، حول استفاده از نور غیرمستقیم ، منعکس شده ، و یک پژواک نوری از چیزهای همنوع ، برای گرفتن تصاویر از یک صحنه پنهان می چرخد. فوتون هایی از هزاران پالس نور لیزر از یک دیواره یا سطحی دیگر به یک صحنه مبهم منعکس می شوند و نور منعکس شده پخش شده به حسگرهای متصل به یک دوربین باز می گردد. سپس از ذرات یا فوتون های بازپس گرفته شده نور برای بازسازی دیجیتالی صحنه پنهان در سه بعد استفاده می شود.
ولتن توضیح می دهد: "ما پالس های نوری را به یک سطح می فرستیم و نوری که بر می گردد را می بینیم ، و از آن می توانیم آنچه را که در صحنه‌ی پنهان است ببینیم."
کار اخیر گروه های تحقیقاتی دیگر بر بهبود کیفیت بازسازی صحنه در شرایط کنترل شده با استفاده از صحنه های کوچک با اشیاء منفرد متمرکز شده است. کار ارائه شده در گزارش جدید مجله طبیعت از صحنه های ساده فراتر می رود و متوجه محدودیت های اصلی فناوری موجود تصویربرداری روی غیر خط دید است از جمله در این موارد: تغییر کیفیت مواد دیوارها و سطوح اشیاء پنهان ، تغییرات بزرگ در روشنایی اشیاء پنهان مختلف ، بازتاب درونی پیچیده نور بین اشیاء در یک صحنه پنهان ، و مقدار زیادی از داده های نویزی که برای بازسازی صحنه های بزرگتر مورد استفاده قرار می گیرند. روی هم رفته ، آن چالش ها مانع کاربردهای عملی سیستم های تصویربرداری روی غیر خط دید در حال ظهور شده است.
ولتن و همکارانش ، از جمله دیِگو گوتیِرِز از Universidad de Zaragoza ، این مشکل را ، با نگاه کردن به آن از طریق یک منشور مرسوم‌تر با به کار بردن همان ریاضی‌ای که برای تفسیر تصاویر گرفته شده با سیستمهای مرسوم تصویربرداری روی خط دید استفاده می شود ، به جهت مثبت برگرداندند. این روش جدید بر مشکل استفاده از یک الگوریتم بازسازی منفرد فائق می‌آید و یک کلاس جدید از الگوریتم های تصویربرداری را توصیف می کند که مزایای منحصر به فردی دارند.
گوتیرز خاطر نشان می کند که سیستم های متعارف ، نور پراکنده شده را به عنوان موج تفسیر می کنند ، که می تواند با اعمال تبدیلات ریاضی کاملاً شناخته شده در امواج نوری که از میان سیستم تصویر برداری منتشر می شوند ، به تصاویر تبدیل شود.
ولتن می گوید در مورد تصویربرداری روی غیر خط دید ، چالش تصویربرداری از یک صحنه پنهان ، با فرمول بندی تازه مسأله تصویربرداری روی غیر خط دید به عنوان یک مسأله پراش موج ، و سپس با استفاده از تبدیلات ریاضی کاملاً شناخته شده از سیستم های تصویربرداری دیگر برای تفسیر امواج و بازسازی تصویری از یک صحنه پنهان ، حل می شود. با انجام این کار ، این روش جدید هر دیواره پراکنده کننده‌ای را به یک دوربین مجازی تبدیل می کند.
ولتن ، که همچنین دارای سِمَت انتصاب اساتید در گروه مهندسی برق و کامپیوتر در مدیسون دانشگاه واشنگتن و گروه زیست آمار و انفورماتیک پزشکی است و وابسته به انستیتوی تحقیقات مورگرید و آزمایشگاه UW-Madison برای ابزار محاسباتی و اپتیکی است ، می گوید: "آنچه ما انجام دادیم بیان مشکل با استفاده از امواج بود." امکان تصویربرداری از صحنه های پیچیده پنهان با استفاده از "دوربین مجازی" طرح یزی شده برای دیدن اطرف موانع وجود دارد. "سیستم ها همان ریاضیات متضمن را دارند ، اما ما دریافتیم که بازسازی ما بطور شگفت آوری قوی است ، حتی با استفاده از داده های واقعاً بد. شما می توانید آن را با فوتون های کمتری انجام دهید."
تیم ولتن نشان داد که با استفاده از رویکرد جدید ، صحنه های پنهان ، با وجود چالش های پیچیدگی صحنه ، تفاوت در مواد بازتابنده ، نور محیطی پراکنده ، و عمق های مختلف میدان برای اشیاء تشکیل دهنده‌ی صحنه ، قابل تصویر برداری هستند.
توانایی طرح ریزی اساسی یک دوربین از یک سطح به سطح دیگر نشان می دهد که این فناوری می تواند تا جایی توسعه یابد که امکان دیدن چندین گوشه وجود داشته باشد.
منبع: دانشگاه ویسکانسین-مدیسون
