กล้องโฮโลกราฟฟี่ที่กระจายแสงเพื่อดูรอบมุม

ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยนอร์ทเวสเทิร์นได้คิดค้นกล้องใหม่ที่มีความละเอียดสูงซึ่งสามารถมองเห็นรอบมุมและผ่านสื่อที่กระจายแสงได้ ซึ่งสามารถเป็นได้ทั้งผิวหนังหรือหมอก

การวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวันที่ 18 พฤศจิกายนในหนังสือวิจัย Nature Communications

วิธีการใหม่นี้เรียกว่าโฮโลกราฟฟี่สังเคราะห์ความยาวคลื่น และกระจายแสงเชิงสัมผัสไปยังวัตถุที่ซ่อนอยู่ แสงเชิงสัมผัสจะกระจายอีกครั้งก่อนที่จะเดินทางกลับไปยังกล้อง

ขั้นตอนต่อไปคือการสร้างอัลกอริทึมเพื่อสร้างสัญญาณแสงกระจายเพื่อเปิดเผยวัตถุที่ซ่อนอยู่ วิธีการใหม่นี้ยังสามารถถ่ายภาพวัตถุที่เคลื่อนที่เร็ว เช่น หัวใจที่เต้นผ่านหน้าอกได้ เนื่องจากมีความละเอียดทางเวลา

การถ่ายภาพที่ไม่มีเส้นสายตา

มีชื่อเรียกสำหรับสาขาวิจัยที่ค่อนข้างใหม่นี้ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการถ่ายภาพวัตถุหลังสื่อที่กระจายแสง: การถ่ายภาพที่ไม่มีเส้นสายตา (NLoS) วิธีการใหม่ที่พัฒนาขึ้นโดยทีมวิจัยสามารถบันทึกภาพเต็มสนามของพื้นที่ขนาดใหญ่ได้อย่างรวดเร็ว และมีความแม่นยำสูง

โดยคำนึงถึงระดับความละเอียดที่สูง มีความเป็นไปได้ที่กล้องคำนวณจะสามารถถ่ายภาพผ่านผิวหนังเพื่อดูหลอดเลือดขนาดเล็ก

มีการใช้งานที่เป็นไปได้มากมายสำหรับเทคโนโลยีนี้ รวมถึงการถ่ายภาพทางการแพทย์ที่ไม่รุกราน มันสามารถใช้สำหรับระบบเตือนล่วงหน้าสำหรับการนำทางรถยนต์และการตรวจสอบอุตสาหกรรมในพื้นที่ที่มีขนาดเล็ก

Florian Willomitzer เป็นผู้เขียนหลักของการวิจัย

“เทคโนโลยีของเราจะนำไปสู่การถ่ายภาพที่มีความสามารถใหม่” Willomitzer กล่าว “ตัวตรวจจับของเราที่ใช้ในปัจจุบันใช้แสงตามที่เห็นหรืออินฟราเรด แต่หลักการนี้เป็นสากลและสามารถขยายไปสู่ความยาวคลื่นอื่นได้ ตัวอย่างเช่น วิธีการเดียวกันสามารถใช้กับคลื่นวิทยุสำหรับการสำรวจอวกาศหรือการถ่ายภาพเสียงใต้น้ำ มันสามารถใช้ได้ในหลายพื้นที่ และเราก็เพิ่งเริ่มต้นเท่านั้น”

ตาม Willomitzer การถ่ายภาพรอบมุมและถ่ายภาพอวัยวะภายในร่างกายมนุษย์แทบจะไม่ต่างอะไร

“หากคุณเคยพยายามส่องไฟฉายผ่านมือของคุณ คุณก็ได้สัมผัสกับปรากฏการณ์นี้” Willomitzer กล่าว “คุณจะเห็นจุดสว่างบนมืออีกข้าง แต่ตามทฤษฎีแล้ว ควรจะมีเงาที่ถูกโยนโดยกระดูกของคุณ ซึ่งจะแสดงให้เห็นถึงโครงสร้างของกระดูก แต่แสงซึ่งผ่านกระดูกจะกระจายไปในทิศทางต่างๆ ภายในเนื้อเยื่อ ทำให้ภาพเงาไม่ชัดเจน”

การดักจับแสงกระจาย

โดยการดักจับแสงกระจาย ข้อมูลที่มีอยู่เกี่ยวกับเวลาการเดินทางของมันสามารถถูกสร้างขึ้นใหม่เพื่อเปิดเผยวัตถุที่ซ่อนอยู่

“ไม่มีอะไรเร็วกว่าความเร็วของแสง ดังนั้นหากคุณต้องการวัดเวลาการเดินทางของแสงที่มีความแม่นยำสูง คุณจะต้องมีตัวตรวจจับที่เร็วมาก” Willomitzer กล่าว “ตัวตรวจจับดังกล่าวอาจมีราคาแพงมาก”

เพื่อเอาชนะความท้าทายนี้ ทีมงานได้รวมคลื่นแสงจากเลเซอร์สองตัวเพื่อสร้างคลื่นแสงซินเทติกที่สามารถปรับให้เหมาะสมกับการถ่ายภาพโฮโลกราฟฟี่ในสถานการณ์การกระจายต่างๆ

“หากคุณสามารถบันทึกสนามแสงทั้งหมดของวัตถุในโฮโลกราฟฟี่ คุณสามารถสร้างรูปร่างสามมิติของวัตถุได้ทั้งหมด” Willomitzer กล่าว “เราทำการถ่ายภาพโฮโลกราฟฟี่รอบมุมหรือผ่านสื่อที่กระจายแสง — โดยใช้คลื่นแสงซินเทติกแทนแสงปกติ”

เนื่องจากแสงเดินทางในเส้นที่ตรง จึงต้องมีเครื่องกั้นเพื่อให้สามารถมองเห็นรอบมุมได้ แสงจะถูกส่งออกจากหน่วยตรวจจับก่อนที่จะสะท้อนกลับจากเครื่องกั้นและตีกลับไปยังวัตถุ จากนั้นจะสะท้อนกลับไปยังเครื่องกั้นและกลับเข้าสู่ตัวตรวจจับของหน่วยตรวจจับ

“มันเหมือนกับว่าเราสามารถวางกล้องคำนวณเสมือนบนพื้นผิวที่ห่างไกลเพื่อดูโลกจากมุมมองของพื้นผิวนั้น” Willomitzer กล่าว

ทั้งหมดนี้หมายความว่าเทคโนโลยีใหม่นี้อาจสามารถแทนที่หรือเสริมการทำงานของกล้องส่องตรวจภายในสำหรับการถ่ายภาพทางการแพทย์และอุตสาหกรรมได้ โดยใช้โฮโลกราฟฟี่ความยาวคลื่นสังเคราะห์ เพื่อดูรอบมุมโดยไม่ต้องใช้กล้องที่ยืดหยุ่นเพื่อเลี้ยวและเคลื่อนที่ผ่านพื้นที่แคบๆ