Máy ảnh Holographic Tán Sáng để Nhìn Xung Quanh Góc

Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Northwestern đã phát minh ra một máy ảnh mới có độ phân giải cao có thể nhìn xung quanh góc và qua môi trường tán sắc, có thể là bất cứ thứ gì từ da đến sương mù.

Nghiên cứu này được công bố vào ngày 18 tháng 11 trên tạp chí Nature Communications.

Phương pháp mới này được gọi là holography bước sóng tổng hợp, và nó gián tiếp tán sắc ánh sáng kết hợp vào các vật thể ẩn. Ánh sáng kết hợp sau đó tán sắc lại trước khi quay trở lại máy ảnh.

Bước tiếp theo là một thuật toán sẽ tái tạo tín hiệu ánh sáng tán sắc để tiết lộ các vật thể ẩn. Phương pháp mới này cũng có thể hình ảnh các vật thể di chuyển nhanh, chẳng hạn như tim đập qua ngực, nhờ độ phân giải thời gian cao.

Chụp ảnh không nhìn thấy

Có một tên gọi cho lĩnh vực nghiên cứu tương đối mới này liên quan đến việc chụp ảnh các vật thể sau môi trường tán sắc: chụp ảnh không nhìn thấy (NLoS). Phương pháp mới được phát triển bởi nhóm nghiên cứu có thể nhanh chóng chụp ảnh toàn bộ các khu vực lớn, và nó làm như vậy với độ chính xác và chính xác cực cao.

Với mức độ phân giải cao, có khả năng máy ảnh tính toán có thể chụp ảnh qua da để nhìn thấy các mạch máu nhỏ.

Có nhiều ứng dụng tiềm năng cho công nghệ này, bao gồm chụp ảnh y tế không xâm lấn. Nó cũng có thể được sử dụng cho hệ thống điều hướng cảnh báo sớm cho ô tô và kiểm tra công nghiệp trong không gian hạn chế.

Florian Willomitzer là tác giả đầu tiên của nghiên cứu.

“Công nghệ của chúng tôi sẽ mở ra một làn sóng mới về khả năng chụp ảnh,” Willomitzer nói. “Các mẫu cảm biến hiện tại của chúng tôi sử dụng ánh sáng nhìn thấy hoặc hồng ngoại, nhưng nguyên tắc là phổ quát và có thể được mở rộng sang các bước sóng khác. Ví dụ, phương pháp相同 có thể được áp dụng cho sóng vô tuyến để khám phá không gian hoặc hình ảnh âm thanh dưới nước. Nó có thể được áp dụng cho nhiều lĩnh vực, và chúng tôi chỉ mới bắt đầu.”

Theo Willomitzer, việc chụp ảnh xung quanh góc và một cơ quan trong cơ thể con người thực sự khá tương tự.

“Nếu bạn đã từng cố gắng chiếu đèn pin qua tay, thì bạn đã trải qua hiện tượng này,” Willomitzer nói. “Bạn nhìn thấy một điểm sáng trên phía bên kia của tay, nhưng về mặt lý thuyết, nên có một bóng tối được tạo ra bởi xương, tiết lộ cấu trúc của xương. Thay vào đó, ánh sáng đi qua xương bị tán sắc trong mô theo mọi hướng, làm mờ hoàn toàn hình ảnh bóng.”

Thu nhận ánh sáng tán sắc

Bằng cách thu nhận ánh sáng tán sắc, thông tin vốn có về thời gian di chuyển của nó có thể được tái tạo để tiết lộ vật thể ẩn.

“Không có gì nhanh hơn tốc độ ánh sáng, vì vậy nếu bạn muốn đo thời gian di chuyển của ánh sáng với độ chính xác cao, thì bạn cần các bộ phận phát hiện cực nhanh,” Willomitzer nói. “Các bộ phận phát hiện như vậy có thể rất tốn kém.”

Để vượt qua thách thức này, nhóm đã hợp nhất các sóng ánh sáng từ hai tia laser để tạo ra một sóng ánh sáng tổng hợp có thể được điều chỉnh đặc biệt cho hình ảnh holographic trong các kịch bản tán sắc khác nhau.

“Nếu bạn có thể chụp toàn bộ trường ánh sáng của một vật thể trong một hình ảnh holographic, thì bạn có thể tái tạo hình dạng ba chiều của vật thể đó hoàn toàn,” Willomitzer nói. “Chúng tôi làm điều này với hình ảnh holographic xung quanh góc hoặc qua các vật thể tán sắc — với sóng tổng hợp thay vì ánh sáng thông thường.”

Vì ánh sáng di chuyển theo đường thẳng, thiết bị mới này yêu cầu một rào cản không trong suốt để nhìn xung quanh góc. Ánh sáng được phát ra từ đơn vị cảm biến trước khi bật lại rào cản và va vào vật thể xung quanh góc. Sau đó, nó bật lại rào cản và quay trở lại bộ phận phát hiện của đơn vị cảm biến.

“Nó giống như chúng tôi có thể trồng một máy ảnh tính toán ảo trên mọi bề mặt từ xa để nhìn thế giới từ góc nhìn của bề mặt,” Willomitzer nói.

Tất cả những điều này có nghĩa là công nghệ mới này có thể thay thế hoặc bổ sung cho các ống nội soi cho hình ảnh y tế và công nghiệp. Thông qua việc sử dụng nó, máy ảnh linh hoạt không còn cần thiết để quay góc và di chuyển qua không gian hẹp. Thay vào đó, holography bước sóng tổng hợp có thể sử dụng ánh sáng để nhìn xung quanh những góc này.