ʻO kekahi o nā mana kaulana loa o Superman, ʻo ia ka ʻike maka, kahi i hiki ai iā ia ke nānā i nā ʻātoma, ʻike i ka pōʻeleʻele a ma kahi mamao loa, a ʻike pū i nā mea. ʻAʻole hiki ke hōʻike ʻia ma ka pale, akā aia nō. I ko mākou ʻoiaʻiʻo, hiki nō ke ʻike ma o nā mea opaque kokoke loa me ka hoʻohana ʻana i kekahi mau hana ʻepekema. Eia naʻe, ʻeleʻele a keʻokeʻo mau nā kiʻi i loaʻa, a hiki i kēia manawa. I kēia lā e nānā mākou i kahi noiʻi i hiki ai i nā ʻepekema mai ke Kulanui o Duke (USA) ke kiʻi i ke kiʻi kala o nā mea huna ma hope o ka pā opaque me ka hoʻohana ʻana i ka ʻike kukui hoʻokahi. He aha kēia ʻenehana super, pehea e hana ai a ma nā wahi hea e hoʻohana ʻia ai? ʻO ka hōʻike o ka hui noiʻi e haʻi iā mākou e pili ana i kēia. Hele.
Kumu noiʻi
ʻOiai nā pōmaikaʻi a pau o ka ʻenehana no ka nānā ʻana i nā mea i ka hoʻopuehu ʻana i ka media, aia kekahi mau pilikia i ka hoʻokō ʻana i kēia ʻenehana. ʻO ka mea nui ka ʻoiaʻiʻo o nā ala o nā photons e hele ana i ka mea hoʻopuehu e loli nui, kahi e alakaʻi ai i nā ʻano maʻamau. nā kikoʻī* ma kela aoao.
Speckle* He kumu hoʻohālikelike i hoʻokumu ʻia e ka hoʻopili like ʻana o nā hawewe pili i loaʻa ka hoʻololi ʻana o ka pae a me/a i ʻole kahi hoʻonohonoho o ka ikaika. ʻO ka pinepine ke ʻano he mau kiko kukui (nā kiko) ma kahi ʻeleʻele.
I kēia mau makahiki i hala iho nei, ua hoʻomohala ʻia kekahi mau ʻenehana kiʻi no ke kaʻe ʻana i nā hopena scatterer a unuhi i ka ʻike mea mai ke ʻano speckle. ʻO ka pilikia me kēia mau ʻenehana ko lākou mau palena - pono ʻoe e loaʻa kekahi ʻike e pili ana i ka mea, loaʻa i ke ala hoʻopuehu a mea paha, etc.
I ka manawa like, aia kahi ala ʻoi aku ka holomua, e like me ka poʻe ʻepekema - ʻike ʻike me ka hopena hoʻomanaʻo (ME). Hāʻawi kēia ʻano hana iā ʻoe e nānā i kahi mea me ka ʻole o ka ʻike mua e pili ana iā ia iho a i ʻole ka mea hoʻopuehu. Loaʻa nā hemahema o kēlā me kēia kanaka, e like me kā mākou e ʻike ai, ʻaʻole ʻokoʻa ke ʻano ME. No ka loaʻa ʻana o nā hiʻohiʻona kikoʻī kikoʻī kiʻekiʻe a, no laila, ʻoi aku ka pololei o nā kiʻi, pono ke kukui i ka ʻāpana haiki, i.e. emi iho malalo o 1 nm.
Hiki ke hoʻokaʻawale i nā palena o ke ʻano ME, akā pili hou kēia mau hoʻopunipuni i ke komo ʻana i ke kumu optical a i ʻole mea ma mua o ka diffuser, a i ʻole ke ana pololei ʻana. PSF*.
PSF* - kahi hana hohola kiko e wehewehe ana i ke kiʻi i loaʻa i ka ʻōnaehana kiʻi i ka wā e nānā ana i kahi kumu kukui kiko a i ʻole kekahi mea kiko.
Kāhea ka poʻe noiʻi i kēia mau ʻano hana, akā ʻaʻole kūpono, no ka mea ʻaʻole hiki ke ana PSF i nā manawa a pau, no ka laʻana, i ka dynamics o ka mea hoʻopuehu a i ʻole kona hiki ʻole ma mua o ke kaʻina hana kiʻi. I nā huaʻōlelo ʻē aʻe, aia kekahi mea e hana ai.
I kā lākou hana, hāʻawi nā mea noiʻi i kahi ala ʻē aʻe. Hōʻike lākou iā mākou i ke ʻano no ka hoʻokō ʻana i nā kiʻi multispectral o nā mea ma o kahi mea hoʻopuehu me ka hoʻohana ʻana i kahi ana kikoʻī hoʻokahi me kahi pahu pahu monochrome. ʻAʻole like me nā ʻenehana ʻē aʻe, ʻaʻole pono kēia i ka ʻike mua o ka ʻōnaehana PSF a i ʻole ka spectrum kumu.
Hoʻopuka ke ala hou i nā kiʻi kiʻekiʻe o ka mea i hoʻopaʻa ʻia ma ʻelima mau kaila spectral i hoʻokaʻawale maikaʻi ʻia ma waena o 450 nm a me 750 nm, i hōʻoia ʻia e ka helu ʻana. I ka hoʻomaʻamaʻa ʻana, hiki i kēia manawa ke ʻike i ʻekolu mau kaila spectral i hoʻokaʻawale maikaʻi ʻia ma waena o 450 nm a me 650 nm a me ʻeono mau kahawai spectral pili ma waena o 515 a me 575 nm.
Pehea ka hana o ke ala hou
Kiʻi No. 1: kukui - spatial light modulator - diffuser (me iris diaphragm) - coding aperture - prism - optical relay (1:1 visualization) - monochrome camera.
Hoʻomaopopo ka poʻe noiʻi i ʻekolu mau mea maʻamau o kēlā me kēia kiʻi diffuser: ʻo ka mea hoihoi (i hoʻomālamalama ʻia i waho a i ʻole hoʻomālamalama ponoʻī), ka diffuser, a me ka mea ʻike.
E like me nā ʻōnaehana ME maʻamau, noʻonoʻo kēia haʻawina i kahi mea nona ka nui angular i loko o ke kahua ʻike ME a ma kahi mamao ma hope o ka diffuser. Ma hope o ka launa pū ʻana me ka diffuser, hele ka mālamalama i kahi mamao v ma mua o ka hiki ʻana i ka mea ʻike.
Hoʻohana ke kiʻi kiʻi ME maʻamau i nā kāmela maʻamau, akā hoʻohana kēia ʻano i kahi module detector encoding i loaʻa i kahi aperture encoding a me kahi mea optical e hilinaʻi ana i ka lōʻihi hawewe. ʻO ke kumu o kēia mea e hoʻololi kūʻokoʻa i kēlā me kēia kaila spectral ma mua o ka hoʻohui ʻana iā lākou a hoʻololi iā lākou i kahi mea ʻike monochrome.
No laila, ma kahi o ke ana ʻana i nā kiko kikoʻī haʻahaʻa ʻokoʻa i hui pū ʻia nā kaha kikoʻī, ua hoʻopaʻa ʻia kahi hōʻailona spectrally multiplexed, i kūpono no ka hoʻokaʻawale ʻana.
Hoʻomaopopo hou ka poʻe noiʻi ʻaʻole koi kā lākou ala i nā ʻano i ʻike mua ʻia a i ʻole nā manaʻo e pili ana i ka diffuser a i ʻole kumu kukui.
Ma hope o ka hana ʻana i nā ana mua o ka speckle multiplexed, ua hoʻohana ʻia ka waiwai i ʻike ʻia o Tλ (wavelength-dependent coding pattern) no ke kūkulu hou ʻana i ke kiko i kēlā me kēia pūʻulu spectral.
I kā lākou hana, i ka pae o ka helu ʻana a me ka hoʻohālikelike ʻana, ua hoʻohana nā ʻepekema i kekahi mau ʻano aʻo mīkini e hiki ke kōkua i ka hoʻokō ʻana i kahi ala i manaʻo ʻole ʻia. ʻO ka mea mua, ua hoʻohana ʻia ke aʻo ʻana i nā hiʻohiʻona sparse matrix e hōʻike i ka speckle.
Aʻo hiʻona* - hiki i ka ʻōnaehana ke ʻimi aunoa i nā hōʻike e pono ai e ʻike i nā hiʻohiʻona o ka ʻikepili kumu.
ʻO ka hopena, he waihona ʻikepili i hoʻomaʻamaʻa ʻia ma nā kiʻi speckle mai nā hoʻonohonoho ana like ʻole. He mea laulā loa kēia waihona a ʻaʻole hilinaʻi i nā mea kikoʻī a me nā mea hoʻopuehu e komo ana i ka hana o ka mask Iλx, y. I nā huaʻōlelo ʻē aʻe, ua aʻo ʻia ka ʻōnaehana ma muli o kahi diffuser i hoʻohana ʻole ʻia i ka hoʻonohonoho hoʻokolohua, ʻo ia hoʻi. ʻaʻole i loaʻa i ka ʻōnaehana, e like me ka makemake o nā mea noiʻi.
Ua hoʻohana ʻia ka algorithm OMP no ka loaʻa ʻana o nā kiʻi kikoʻī ma kēlā me kēia hawewe (ʻimi hoʻohālikelike orthogonal).
ʻO ka hope, ma ka helu ʻana i ka autocorrelation o kēlā me kēia kaila spectral me ka hoʻohuli ʻana i ka autocorrelation i kēlā me kēia nalu nalu, ua loaʻa nā kiʻi o ka mea. Hoʻohui ʻia nā kiʻi i loaʻa i kēlā me kēia nalu nalu e hana i kahi kiʻi kala o ka mea.
Kiʻi No. 2: ke kaʻina hana ʻanuʻu no ka haku ʻana i kiʻi o kekahi mea.
ʻO kēia ʻano hana, e like me kāna mau mea hana, ʻaʻohe manaʻo e pili ana i ka hoʻopili ʻana ma waena o nā kaha kikoʻī a koi wale i ka manaʻo he mea maʻamau ka waiwai o ka nalu. Eia kekahi, pono kēia ʻano i ka ʻike e pili ana i ka mea ʻike hoʻopili, e hilinaʻi ana i ka pre-calibration o ka aperture encoding a me kahi waihona ʻikepili i hoʻomaʻamaʻa mua ʻia. ʻO kēia mau hiʻohiʻona e hana i kēia ʻano kiʻi kiʻi i mea maʻalahi loa a ʻaʻole invasive.
Nā hopena hoʻohālike
ʻO ka mua, e nānā kākou i nā hopena simulation.
Kiʻi #3
Hōʻike ke kiʻi ma luna i nā laʻana o ke kiʻi multispectral o ʻelua mea i lawe ʻia ma o ka diffuser. Lalani luna ma 3 Loaʻa i kahi mea hoihoi i loaʻa i nā helu he nui, i hōʻike ʻia ma ke kala hoʻopunipuni a wāwahi ʻia e ke kahawai spectral. I ka hoʻolālā ʻana i kahi mea me ka waihoʻoluʻu hoʻopunipuni, hōʻike ʻia ka ʻaoʻao ikaika o kēlā me kēia nalu nalu ma kahi kikowaena CIE 1931 RGB.
Mea i kūkulu hou ʻia (laina lalo ma 3) ma ke kala hoʻopunipuni a ma ke ʻano o nā kaha kikoʻī hoʻokahi, e hōʻike ana i ka hāʻawi ʻana o ke ʻenehana i ka hiʻohiʻona maikaʻi loa a me ke kamaʻilio liʻiliʻi wale nō ma waena o nā kaha kikoʻī, ʻaʻole ia e pāʻani i kahi kuleana kūikawā ma ke kaʻina hana.
Ma hope o ka loaʻa ʻana o ka mea i kūkulu hou ʻia, i.e. Ma hope o ka hāʻawi ʻana, pono e loiloi i ke kiʻekiʻe o ka pololei ma ka hoʻohālikelike ʻana i ka ikaika spectral (awelika ma luna o nā pika māmā āpau) o ka mea maoli a me ka mea i kūkulu hou ʻia (3b).
I nā kiʻi 3c hōʻike i kahi mea maoli (lālani luna) a me kahi kiʻi i kūkulu hou ʻia (lālani lalo) no kahi puʻupuʻu pulupulu, a ma 3d hōʻike ʻia ka nānā ʻana i ka pololei o ka nānā ʻana.
No ka loiloi ʻana i ka pololei o ke kiʻi, pono ia e helu i ka helu structural similarity index (SSIM) a me ka peak signal-to-noise ratio (pSNR) o ka mea maoli no kēlā me kēia kahawai spectral.
Hōʻike ka papa ma luna nei i kēlā me kēia o nā kaha ʻelima he SSIM coefficient o 0,8-0,9 a me kahi PSNR oi aku ma mua o 20. Ma muli o ka ʻokoʻa haʻahaʻa o ka hōʻailona speckle, ʻo ka superposition o ʻelima mau kiko kikoʻī me ka laulā o 10 nm. ma ka mea ʻike e hiki ai ke kūkulu hou i nā waiwai spatial-spectral o ka mea i aʻo ʻia. I nā huaʻōlelo ʻē aʻe, hana ka ʻenehana, akā he mau hopena simulation wale nō kēia. No ka loaʻa ʻana o ka hilinaʻi piha i kā lākou hana, ua hana nā ʻepekema i kahi ʻano o nā hoʻokolohua kūpono.
Nā hopena hoʻokolohua
ʻO kekahi o nā ʻokoʻa koʻikoʻi ma waena o ka simulation a me nā hoʻokolohua maoli ʻo ke kaiapuni, ʻo ia. nā kūlana e hoʻokō ʻia ai nā mea ʻelua. I ka hihia mua he mau kūlana i hoʻomaluʻia, ma ka lua he mau kūlana kūponoʻole, i.e. e ʻike kākou pehea e hele ai.
Ua noʻonoʻo ʻia ʻekolu mau kahawai spectral me ka laula o 8-12 nm i waena o 450, 550 a me 650 nm, i ka wā e hui pū ʻia ai me nā nui pili like ʻole, e hoʻohua i kahi ākea o nā kala.
Kiʻi #4
Hōʻike ke kiʻi ma luna nei i ka hoʻohālikelike ʻana ma waena o ka mea maoli (ʻo ka "H") mau kala a me ka mea i kūkulu hou ʻia. Ua hoʻonohonoho ʻia ka manawa hoʻomālamalama māmā (ka wikiwiki o ka shutter, ʻo ia hoʻi. ʻO kēia hōʻailona SNR, e like me ka poʻe ʻepekema, ʻaʻole koʻikoʻi nui no ka hoʻokolohua, akā lawelawe ʻo ia ma ke ʻano he hōʻoia hou o ka hana o kā lākou ʻenehana, ʻoi aku ka nui o nā mea paʻakikī. I ka ʻoiaʻiʻo, ʻaʻole i loko o nā kūlana lab, hiki i kēia ʻano ke kauoha i ka nui o ka wikiwiki.
Hōʻike ka lālani luna o ke kiʻi #4 i ka mea i kēlā me kēia nalu nalu (mai ka hema a i ka ʻākau) a me ka mea kala piha maoli.
No ka loaʻa ʻana o ke kiʻi o ka mea maoli ma muli o ke kiʻi kiʻi, ua hoʻohana ʻia kahi pahupaʻi kiʻi kamepiula me nā kānana bandpass kūpono e kiʻi pololei i nā ʻāpana spectral a loaʻa i kahi kiʻi kala piha ma ka hōʻuluʻulu ʻana i nā kahawai spectral i loaʻa.
Hōʻike ka lālani ʻelua o ke kiʻi ma luna i nā ʻano hoʻohālikelike autocorrelation o kēlā me kēia kahawai spectral i kūkulu hou ʻia e hana ana i nā ana i hoʻohui ʻia ʻo ia ka mea hoʻokomo i ka pae hoʻoili ʻikepili.
ʻO ka lālani ʻekolu ka mea i kūkulu hou ʻia i kēlā me kēia kahawai spectral, a me ka mea i kūkulu hou ʻia piha kala, ʻo ia hoʻi. hopena ʻike maka.
Hōʻike ke kiʻi kala piha i ka pololei o ka nui pili ma waena o nā kaha kikoʻī, no ka mea, ʻo ke kala o ke kiʻi i hoʻohui ʻia i hoʻohui ʻia e like me ka waiwai maoli, a ʻoi aku ka SSIM coefficient ma mua o 0,92 no kēlā me kēia kahawai.
Hōʻoia ka lālani lalo i kēia ʻōlelo, e hōʻike ana i ka hoʻohālikelike ʻana i ka ikaika o ka mea maoli a me ka mea i kūkulu hou ʻia. Kūlike nā ʻikepili mai ʻelua i nā pae spectral āpau.
Ma muli o kēia, ʻaʻole hiki i ka walaʻau a me nā hewa hoʻohālike hiki ke pale iā mākou mai ka loaʻa ʻana o kahi kiʻi kiʻekiʻe, a ua hoʻopili maikaʻi nā hopena hoʻokolohua me nā hopena hoʻohālike.
Ua hoʻokō ʻia ka hoʻokolohua i hōʻike ʻia ma luna me ka noʻonoʻo ʻana i nā kahawai spectral i hoʻokaʻawale ʻia. Ua hana nā kānaka ʻepekema i kahi hoʻokolohua ʻē aʻe, akā i kēia manawa me nā kahawai pili, a i ʻole me ka laulā spectral mau o 60 nm.
Kiʻi #5
ʻO ka mea maoli ka huapalapala "X" a me ka hōʻailona "+" (5). ʻO ke kiko o ka leka "X" he ʻano like a hoʻomau - ma waena o 515 a me 575 nm, akā ʻo ka "+" kahi spectrum i kūkulu ʻia, aia ma waena o 535 a me 575 nm (5b). No kēia hoʻokolohua, ʻo ka hoʻolaha ʻana he 120 s e hoʻokō i ka makemake (e like me ka ma mua) SNR o 70 dB.
Ua hoʻohana pū ʻia kahi kānana bandpass ākea 60 nm ma luna o ka mea holoʻokoʻa a me kahi kānana haʻahaʻa ma luna o ka hōʻailona "+". I ka wā o ke kūkulu hou ʻana, ua māhele ʻia ka spectrum 60 nm i 6 mau kahawai pili me ka laulā o 10 nm (5b).
E like me kā mākou e ʻike ai mai nā kiʻi 5c, ʻo nā kiʻi i loaʻa i ka ʻaelike maikaʻi loa me ka mea maoli. Ua hōʻike ʻia kēia hoʻokolohua ʻaʻole pili ka loaʻa ʻana a i ʻole ka loaʻa ʻole o nā hoʻopili spectral i ka speckle i ana ʻia i ka pono o ka ʻenehana kiʻi e aʻo ʻia nei. Manaʻo ka poʻe ʻepekema ʻoi aku ka nui o ke kaʻina hana ʻike, a i ʻole i kona kūleʻa, ʻaʻole i pāʻani nui ʻia e nā hiʻohiʻona spectral o ka mea e like me ka calibration o ka ʻōnaehana a me nā kikoʻī o kāna mea ʻike hoʻopili.
No ka ʻike kikoʻī i nā nuances o ke aʻo ʻana, manaʻo wau e nānā и iāia.
Epilogue
Ma kēia hana, ua wehewehe nā kānaka ʻepekema i kahi ala hou o ke kiʻi multispectral ma o ka diffuser. ʻO ka modulation speckle e hilinaʻi ana i ka lōʻihi o ka nalu me ka hoʻohana ʻana i ka aperture coding i hiki ke ana i hoʻokahi ana multix a me ka helu kikoʻī me ka hoʻohana ʻana i kahi algorithm OMP e pili ana i ka mīkini.
Me ka hoʻohana ʻana i ka leka ʻokoʻa "H" ma ke ʻano he laʻana, ua hōʻike ka poʻe ʻepekema ʻo ka nānā ʻana i ʻelima mau kaha kikoʻī e pili ana i ka violet, ʻōmaʻomaʻo a me ʻekolu mau ʻulaʻula e hiki ai i kekahi ke kiʻi hou i ke kiʻi i loaʻa nā kala āpau o ke kumu (uliuli, melemele, etc.).
Wahi a nā mea noiʻi, hiki ke hoʻohana i kā lākou ʻenehana i ka lāʻau lapaʻau a me ka astronomy. Lawe ke kala i ka ʻike koʻikoʻi ma nā ʻaoʻao ʻelua: ma ka astronomy - ka haku mele ʻana o nā mea e aʻo ʻia nei, ma ka lāʻau lapaʻau - ke ʻano molekala o nā cell a me nā ʻiʻo.
I kēia pae, ʻike ka poʻe ʻepekema i hoʻokahi wale nō pilikia e hiki ke hōʻeha i ka ʻike ʻole: nā hewa hoʻohālike. Ma muli o ka lōʻihi o ka manawa e pono ai e hoʻopau i ke kaʻina hana, hiki ke hoʻololi i ke kaiapuni e hoʻokomo i nā hoʻololi i mālama ʻole ʻia i ka wā hoʻomākaukau. Eia naʻe, i ka wā e hiki mai ana mākou e hoʻolālā e ʻimi i kahi ala e hoʻohaʻahaʻa ai i kēia pilikia, e hana ai i ka ʻenehana kiʻi i wehewehe ʻia ʻaʻole pololei wale nō, akā paʻa nō hoʻi ma lalo o nā kūlana.
Pōʻalima ma waho:
Nā kukui, ka waihoʻoluʻu, nā mele a me nā ʻekolu o nā mea ʻē aʻe uliuli kaulana loa o ka honua (Blue Man Group).
Mahalo no ka heluhelu ʻana, e noʻonoʻo ʻoe, a hauʻoli maikaʻi nā kāne! 🙂
Mahalo no kou noho pū ʻana me mākou. Makemake ʻoe i kā mākou ʻatikala? Makemake ʻoe e ʻike i nā mea hoihoi hou aʻe? E kākoʻo iā mākou ma ke kau ʻana i kahi kauoha a i ʻole ka ʻōlelo ʻana i nā hoaaloha, 30% ho'ēmi no nā mea hoʻohana Habr ma kahi kūʻokoʻa kūʻokoʻa o nā kikowaena helu komo, i hana ʻia e mākou no ʻoe: (loaʻa me RAID1 a me RAID10, a hiki i 24 cores a hiki i 40GB DDR4).
ʻO Dell R730xd 2 mau manawa maʻalahi? Eia wale nō ma Netherlands! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - mai $99! Heluhelu e pili ana
Source: www.habr.com