Is e sàr-shealladh aon de na comasan as ainmeil aig Superman, a leig leis coimhead air dadaman, faicinn anns an dorchadas agus thar astaran mòra, agus eadhon faicinn tro nithean. Is ann ainneamh a chithear an comas seo air an sgrion, ach tha e ann. Nar fìrinn, tha e comasach cuideachd faicinn tro nithean cha mhòr gu tur neo-shoilleir le bhith a’ cleachdadh cuid de chleasan saidheansail. Ach, bha na h-ìomhaighean a thàinig às an-còmhnaidh ann an dubh is geal, gus o chionn ghoirid. An-diugh bheir sinn sùil air sgrùdadh anns an robh e comasach do luchd-saidheans bho Oilthigh Dhiùc (USA) dealbh dathach a thogail de nithean falaichte air cùl balla neo-shoilleir a’ cleachdadh aon shealladh solais. Dè an sàr theicneòlas a tha seo, ciamar a tha e ag obair agus dè na raointean anns am faodar a chleachdadh? Innsidh aithisg na buidhne rannsachaidh dhuinn mu dheidhinn seo. Rachaibh.
Bunait rannsachaidh
A dh’ aindeoin na buannachdan uile a dh’ fhaodadh a bhith aig an teicneòlas airson a bhith a’ faicinn nithean ann am meadhanan sgapadh, tha grunn dhuilgheadasan ann a thaobh buileachadh an teicneòlais seo. Is e am prìomh fhear gu bheil na slighean photons a tha a ’dol tron sgapter ag atharrachadh gu mòr, a tha a’ leantainn gu pàtrain air thuaiream breacan* air an taobh eile.
Breac* Is e pàtran eadar-theachd air thuaiream a th’ ann a tha air a chruthachadh le eadar-theachd eadar tonnan ciallach aig a bheil gluasadan ìre air thuaiream agus/no seata dian air thuaiream. Mar as trice tha e coltach ri seata de spotan aotrom (dotagan) air cùl dorcha.
Anns na beagan bhliadhnaichean a dh ’fhalbh, chaidh grunn dhòighean ìomhaigheachd a leasachadh gus faighinn seachad air buaidhean sgapaidh agus gus fiosrachadh stuth a thoirt a-mach às a’ phàtran breac. Is e an duilgheadas leis na dòighean sin na crìochan aca - feumaidh eòlas sònraichte a bhith agad mun nì, gum bi cothrom agad air meadhan sgaoilidh no nì, msaa.
Aig an aon àm, tha dòigh mòran nas adhartaiche, a rèir luchd-saidheans - lèirsinn le buaidh cuimhne (ME). Leigidh an dòigh seo leat rud fhaicinn gun eòlas ro-làimh mu dheidhinn fhèin no mun mheadhan sgapadh. Tha easbhaidhean aig a h-uile duine, mar a tha fios againn, agus chan eil an dòigh ME mar eisgeachd. Gus pàtrain breac le coimeas àrd fhaighinn agus, a rèir sin, ìomhaighean nas cruinne, feumaidh an solas a bhith cumhang, i.e. nas lugha na 1 nm.
Tha e comasach cuideachd faighinn seachad air crìochan an dòigh ME, ach a-rithist tha na cleasan sin a’ toirt a-steach faighinn chun stòr no stuth optigeach ron diffuser, no tomhas dìreach. PSF*.
PSF* - gnìomh sgaoileadh puing a bheir cunntas air an ìomhaigh a gheibh an siostam ìomhaighean nuair a choimheadas tu air stòr solais puing no nì puing.
Bidh luchd-rannsachaidh ag ràdh gu bheil na modhan sin obrachail, ach chan eil iad foirfe, leis nach eil e an-còmhnaidh comasach tomhas PSF a thomhas air sgàth, mar eisimpleir, daineamaigs an sgapadh no cho neo-ruigsinneach sa tha e ron mhodh ìomhaigheachd. Ann am faclan eile, tha rudeigin ri obrachadh air.
Anns an obair aca, tha an luchd-rannsachaidh a 'moladh dòigh-obrach eadar-dhealaichte. Bidh iad a’ sealltainn dhuinn dòigh air ìomhaighean ioma-shealladh de nithean a thoirt gu buil tro mheadhan sgapaidh a’ cleachdadh aon tomhas breac le camara aon-dathte. Eu-coltach ri dòighean eile, chan fheum seo eòlas ro-làimh air an t-siostam PSF no an speactram stòr.
Bidh an dòigh ùr a’ toirt a-mach ìomhaighean àrd-inbhe den nì targaid ann an còig seanalan speurail air an deagh sgaradh eadar 450 nm agus 750 nm, a chaidh a dhearbhadh le àireamhachadh. Ann an cleachdadh, tha e air a bhith comasach gu ruige seo trì seanalan speurail a tha air an deagh sgaradh eadar 450 nm agus 650 nm agus sia seanalan speurach faisg air làimh eadar 515 agus 575 nm fhaicinn.
Mar a tha an dòigh ùr ag obair
Ìomhaigh Àireamh 1: lampa - modulator solais spàsail - diffuser (le diaphragm iris) - fosgladh còdaidh - priosam - sealaidheachd optigeach (sealladh 1: 1) - camara monochrome.
Bidh luchd-rannsachaidh a’ toirt fa-near trì eileamaidean bunaiteach de ìomhaigh diffuser sam bith: an rud inntinneach (air a shoilleireachadh bhon taobh a-muigh no fèin-shoilleir), an diffuser, agus an lorgaire.
Mar a tha ann an siostaman ME àbhaisteach, tha an sgrùdadh seo a’ beachdachadh air nì aig a bheil meud ceàrnach suidhichte taobh a-staigh raon seallaidh ME agus aig astar u air cùl an diffuser. Às deidh dha eadar-obrachadh leis an diffuser, bidh an solas a’ siubhal astar v mus ruig e an lorgaire.
Bidh ìomhaighean gnàthach ME a’ cleachdadh camarathan àbhaisteach, ach tha an dòigh seo a’ cleachdadh modal lorgaidh còdaidh anns a bheil fosgladh còdaidh agus eileamaid optigeach a tha an urra ri tonn-tonn. Is e adhbhar an eileamaid seo a bhith ag atharrachadh gach seanal speactram gu h-annasach mus cuir iad còmhla iad agus an tionndadh gu lorgaire monochrome.
Mar sin, an àite dìreach a bhith a’ tomhas breacan le coimeas ìosal aig a bheil na seanailean speurail air am measgachadh gu dlùth, chaidh comharra ioma-fhillte spectrally a chlàradh, a tha gu math freagarrach airson dealachadh.
Tha an luchd-rannsachaidh a’ daingneachadh a-rithist nach eil an dòigh-obrach aca a’ feumachdainn feartan no barailean ro-aithnichte mun diffuser no an stòr solais.
Às deidh tomhas tòiseachaidh a dhèanamh den speckle ioma-fhillte, chaidh an luach aithnichte de Tλ (pàtran còdaidh a tha an urra ri tonn-tonn) a chleachdadh gus an speckle anns gach còmhlan speactra ath-thogail leotha fhèin.
Anns an obair aca, aig ìre àireamhachadh agus modaladh, chleachd luchd-saidheans cuid de dhòighean ionnsachaidh inneal a chuidicheas le bhith a ’buileachadh dòigh nach deach beachdachadh roimhe. An toiseach, chaidh ionnsachadh feart matrix gann a chleachdadh gus speckle a riochdachadh.
Ionnsachadh feart* - a’ leigeil leis an t-siostam na riochdachaidhean a lorg gu fèin-ghluasadach gus feartan an dàta stòr a chomharrachadh.
Mar thoradh air an sin bha stòr-dàta air a thrèanadh air ìomhaighean breac bho dhiofar rèiteachaidhean tomhais. Tha am bunait seo gu math coitcheann agus chan eil e an urra ri nithean sònraichte agus scatterers a tha a’ gabhail pàirt ann an ginealach masg Iλx, y. Ann am faclan eile, tha an siostam air a thrèanadh stèidhichte air diffuser nach eilear a’ cleachdadh anns an rèiteachadh deuchainneach, i.e. chan eil cothrom aig an t-siostam air, mar a bha an luchd-rannsachaidh ag iarraidh.
Chaidh an algairim OMP a chleachdadh gus ìomhaighean breac fhaighinn aig gach tonn-tonn (tòir maidsidh orthogonal).
Mu dheireadh, le bhith ag obrachadh a-mach fèin-cho-cheangal gach seanail speactram gu neo-eisimeileach agus a’ tionndadh an fèin-dhàimh aig gach tonn-tonn, chaidh ìomhaighean den nì fhaighinn. Bidh na h-ìomhaighean a thig às a sin aig gach tonn-tonn an uairsin air an cur còmhla gus ìomhaigh dathach den nì a chruthachadh.
Ìomhaigh Àir. 2: am pròiseas ceum air cheum airson ìomhaigh nì a dhèanamh.
Chan eil an dòigh-obrach seo, a rèir an luchd-cruthachaidh, a’ dèanamh barailean sam bith mu cho-dhàimhean eadar seanalan speurail agus chan fheum e ach a’ bharail gu bheil luach an tonn-tonn gu math air thuaiream. A bharrachd air an sin, chan fheum an dòigh seo ach fiosrachadh mun lorgaire còdaidh, an urra ri ro-calibration an fhosglaidh còdaidh agus leabharlann dàta ro-thrèanadh. Tha na feartan sin a’ fàgail an dòigh ìomhaigheachd seo gu math sùbailte agus neo-ionnsaigheach.
Toraidhean atharrais
An toiseach, leig dhuinn sùil a thoirt air toraidhean an atharrais.
Ìomhaigh #3
Tha an dealbh gu h-àrd a’ sealltainn eisimpleirean de dh’ ìomhaigh ioma-shealladh de dhà rud air an toirt tro diffuser. Sreath àrd air adhart 3 anns a bheil rud inntinneach anns a bheil grunn àireamhan, air an sealltainn an dà chuid ann an dath meallta agus air am briseadh sìos le sianal spectral. Nuair a thathar a’ dealbhadh nì ann an dath meallta, tha ìomhaigh dian gach tonn-tonn air a thaisbeanadh ann an àite CIE 1931 RGB.
Rud ath-chruthaichte (sreath gu h-ìosal air 3) an dà chuid ann an dath meallta agus a thaobh seanalan speactram fa leth, a’ sealltainn gu bheil an dòigh-obrach a’ toirt seachad sealladh sàr-mhath agus dìreach crois-labhairt beag eadar seanalan speactram, aig nach eil àite sònraichte sa phròiseas.
Às deidh an nì ath-chruthaichte fhaighinn, i.e. Às deidh an toirt seachad, bha e riatanach an ìre de mhearachd a mheasadh le bhith a’ dèanamh coimeas eadar dian speactram (cuibheasach thar gach piogsail soilleir) den fhìor nì agus an tè ath-chruthaichte (3b).
Anns na dealbhan 3c a’ sealltainn nì fìor (sreath gu h-àrd) agus ìomhaigh ath-chruthaichte (sreath gu h-ìosal) airson bun-cheallan cotain, agus ann an 3d tha mion-sgrùdadh air cruinneas lèirsinn air a thaisbeanadh.
Gus cruinneas ìomhaigh a mheasadh, bha e riatanach luachan clàr-amais structarail coltachd (SSIM) obrachadh a-mach agus an ìre as àirde de chomharran-gu-fuaim (pSNR) den fhìor nì airson gach seanal speactram.
Tha an clàr gu h-àrd a' sealltainn gu bheil co-èifeachd SSIM de 0,8–0,9 aig gach aon de na còig seanalan agus PSNR de chòrr is 20. air an lorgaire a’ ceadachadh ath-thogail gu math ceart air feartan spàsail-speactram an nì a thathar a’ sgrùdadh. Ann am faclan eile, tha an dòigh-obrach ag obair, ach chan eil annta seo ach toraidhean atharrais. Gus làn mhisneachd fhaighinn san obair aca, rinn luchd-saidheans sreath de dheuchainnean practaigeach.
Toraidhean deuchainneach
Is e an àrainneachd aon de na h-eadar-dhealachaidhean as cudromaiche eadar atharrais agus fìor dheuchainnean, i.e. suidheachaidhean anns a bheil an dà chuid air an coileanadh. Anns a 'chiad chùis tha suidheachaidhean fo smachd, anns an dàrna fear tha suidheachaidhean nach gabh a thuigsinn, i.e. chì sinn mar a thèid e.
Chaidh beachdachadh air trì seanalan speurail le leud 8–12 nm stèidhichte air 450, 550 agus 650 nm, a bhios, nuair a thèid iad còmhla ri diofar mheudan coimeasach, a’ gineadh raon farsaing de dhhathan.
Ìomhaigh #4
Tha an ìomhaigh gu h-àrd a 'sealltainn coimeas eadar an rud fìor (an ioma-dathte "H") agus an tè ath-chruthaichte. Chaidh an ùine nochdaidh solais (astar shutter, ie foillseachadh) a shuidheachadh gu 1800 s, a rinn e comasach SNR fhaighinn anns an raon de 60-70 dB. Chan eil an comharra SNR seo, a rèir luchd-saidheans, air leth cudromach airson an deuchainn, ach tha e na dhearbhadh a bharrachd air coileanadh an dòigh-obrach aca, gu sònraichte ann an cùisean iom-fhillte. Ann an da-rìribh, agus chan ann ann an suidheachaidhean obair-lann, faodaidh an dòigh seo a bhith na òrdugh meudachd nas luaithe.
Tha an sreath àrd de dh’ ìomhaigh #4 a’ sealltainn an nì aig gach tonn-tonn (bho chlì gu deas) agus an fhìor nì làn dath.
Gus ìomhaigh den fhìor nì fhaighinn mar thoradh air ìomhaighean, chaidh camara lèirsinn coimpiutair a chleachdadh le sìoltachain bann-leathann iomchaidh gus ìomhaighean dìreach a dhèanamh de na pàirtean speurail agus ìomhaigh làn-dath fhaighinn le bhith a’ toirt geàrr-chunntas air na seanalan speurail a thàinig às.
Tha an dàrna sreath den ìomhaigh gu h-àrd a’ sealltainn pàtrain fèin-cho-dhàimh gach seanail speactram ath-chruthaichte a’ cruthachadh nan tomhais ioma-fhillte a tha mar chur-a-steach don ìre giollachd dàta.
Is e an treas sreath an rud ath-chruthaichte anns gach sianal speactram, a bharrachd air an rud làn-dath ath-chruthaichte, i.e. toradh lèirsinneach deireannach.
Tha an ìomhaigh làn-dath a’ sealltainn gu bheil na meudan coimeasach eadar seanalan speactram ceart cuideachd, leis gu bheil dath na h-ìomhaigh ath-chruthaichte còmhla a’ freagairt ris an fhìor luach, agus tha co-èifeachd SSIM a’ ruighinn nas àirde na 0,92 airson gach seanail.
Tha an sreath gu h-ìosal a’ dearbhadh an aithris seo, a’ sealltainn coimeas eadar dian an nì fhìor agus an tè ath-chruthaichte. Tha an dàta bhon dà chuid aig an aon àm anns gach raon speactram.
Tha e a’ leantainn bho seo nach do chuir eadhon fuaim agus mearachdan modaladh a dh’fhaodadh a bhith ann stad oirnn bho bhith a’ faighinn ìomhaigh àrd-inbhe, agus bha na toraidhean deuchainneach a’ ceangal gu math ri toraidhean a’ mhodail.
Chaidh an deuchainn a chaidh a mhìneachadh gu h-àrd a dhèanamh a’ toirt aire do shianalan speurail dealaichte. Rinn an luchd-saidheans deuchainn eile, ach an turas seo le seanalan faisg air làimh, no an àite le raon speactra leantainneach de 60 nm.
Ìomhaigh #5
B’ e an fhìor nì an litir “X” agus an soidhne “+” (5). Tha speactram na litreach "X" gu ìre mhath co-ionnan agus leantainneach - eadar 515 agus 575 nm, ach tha speactram structarail aig an "+", a tha sa mhòr-chuid eadar 535 agus 575 nm (5b). Airson an deuchainn seo, b’ e an foillseachadh 120 s gus an SNR (mar a bha e roimhe) de 70 dB a choileanadh.
Chaidh sìoltachan bann-leathann 60 nm de leud a chleachdadh cuideachd thairis air an rud gu lèir agus sìoltachan pas-ìosal thairis air an t-soidhne “+”. Rè ath-thogail, tha an speactram 60 nm air a roinn ann an 6 seanalan faisg air làimh le leud 10 nm (5b).
Mar a chì sinn bho na dealbhan 5c, tha na h-ìomhaighean a thig às ag aontachadh gu math leis an fhìor nì. Sheall an deuchainn seo nach eil làthaireachd no neo-làthaireachd co-dhàimhean speactram anns an t-seallaidh thomhais a 'toirt buaidh air èifeachdas an dòigh ìomhaigheachd a thathar a' sgrùdadh. Tha luchd-saidheans fhèin den bheachd gu bheil àite mòran nas motha anns a’ phròiseas fradharc, no an àite a shoirbheachadh, air a chluich chan ann le feartan speactra an nì ri le calibration an t-siostaim agus mion-fhiosrachadh an lorgaire còdaidh aige.
Airson fiosrachadh nas mionaidiche mu nuances an sgrùdaidh, tha mi a’ moladh coimhead air и dha.
Epilogue
Anns an obair seo, thug luchd-saidheans cunntas air dòigh ùr airson ìomhaighean ioma-shealladh tro diffuser. Leig atharrachadh speckle a bha an urra ri tonn-tonn le bhith a’ cleachdadh fosgladh còdaidh aon tomhas ioma-fhillte agus àireamhachadh speckle a’ cleachdadh algairim OMP stèidhichte air ionnsachadh inneal.
A’ cleachdadh na litreach ioma-dathte “H” mar eisimpleir, sheall luchd-saidheans gu bheil fòcas air còig seanalan speactram co-chosmhail ri violet, uaine agus trì cumaidhean de dhearg a’ leigeil le neach ath-chruthachadh fhaighinn air an ìomhaigh anns a bheil a h-uile dath tùsail (gorm, buidhe, msaa).
A rèir an luchd-rannsachaidh, faodaidh an dòigh-obrach aca a bhith feumail an dà chuid ann an cungaidh-leigheis agus reul-eòlas. Tha fiosrachadh cudromach aig dath anns gach taobh: ann an reul-eòlas - co-dhèanamh ceimigeach nan nithean a thathar a’ sgrùdadh, ann an cungaidh-leigheis - co-dhèanamh moileciuil cheallan is fhigheagan.
Aig an ìre seo, tha luchd-saidheans a 'toirt fa-near ach aon dhuilgheadas a dh' fhaodadh mearachdan lèirsinn adhbhrachadh: mearachdan modail. Mar thoradh air an ùine gu math fada a dh’ fheumar gus am pròiseas a chrìochnachadh, dh’ fhaodadh atharrachaidhean san àrainneachd tachairt a bheir a-steach atharrachaidhean nach deach a thoirt fa-near aig ìre an ullachaidh. Ach, san àm ri teachd tha sinn an dùil dòigh a lorg gus an duilgheadas seo a lughdachadh, a nì an dòigh ìomhaigh a tha air a mhìneachadh chan ann a-mhàin ceart, ach cuideachd seasmhach fo chumhachan sam bith.
Dihaoine bhon mhullach:
Solais, dath, ceòl agus trio de na weirdos gorm as ainmeil san t-saoghal (Blue Man Group).
Tapadh leibh airson an leughadh, fuirich fiosrach, agus bi deagh dheireadh-seachdain agad guys! 🙂
Tapadh leibh airson fuireach còmhla rinn. An toil leat na h-artaigilean againn? A bheil thu airson susbaint nas inntinniche fhaicinn? Thoir taic dhuinn le bhith a’ cur òrdugh no a’ moladh do charaidean, Lasachadh de 30% airson luchd-cleachdaidh Habr air analog sònraichte de luchd-frithealaidh ìre inntrigidh, a chaidh a chruthachadh leinn dhut: (ri fhaighinn le RAID1 agus RAID10, suas ri 24 cores agus suas ri 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 uair nas saoire? A-mhàin an seo anns an Òlaind! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - bho $99! Leugh mu dheidhinn
Source: www.habr.com