Ib qho ntawm Superman lub peev xwm nto moo tshaj plaws yog lub zeem muag super, uas tso cai rau nws saib ntawm atoms, pom hauv qhov tsaus ntuj thiab dhau qhov deb, thiab txawm pom los ntawm cov khoom. Qhov peev xwm no tsis tshua muaj tshwm sim ntawm qhov screen, tab sis nws muaj. Hauv peb qhov kev muaj tiag, nws tseem tuaj yeem pom los ntawm yuav luag tag nrho cov khoom opaque los ntawm kev siv qee qhov kev qhia txuj ci. Txawm li cas los xij, cov duab tshwm sim yeej ib txwm nyob hauv cov xim dub thiab dawb, txog thaum tsis ntev los no. Niaj hnub no peb yuav saib ib qho kev tshawb fawb uas cov kws tshawb fawb los ntawm Duke University (USA) tuaj yeem thaij duab xim ntawm cov khoom uas muab zais tom qab phab ntsa opaque siv ib lub teeb pom kev. Dab tsi yog qhov super thev naus laus zis, nws ua haujlwm li cas thiab hauv thaj chaw twg nws tuaj yeem siv tau? Daim ntawv tshaj tawm ntawm pab pawg tshawb fawb yuav qhia peb txog qhov no. Mus.
Kev tshawb fawb hauv paus
Txawm hais tias tag nrho cov txiaj ntsig tau los ntawm kev siv thev naus laus zis rau kev pom cov khoom hauv kev sib faib tawm, muaj ntau yam teeb meem hauv kev siv cov thev naus laus zis no. Qhov tseem ceeb yog qhov tseeb tias txoj hauv kev ntawm photons dhau los ntawm kev hloov pauv loj heev, uas ua rau cov qauv tsis sib xws. speckles * nyob rau sab nraud.
Speckle * yog ib qho random cuam tshuam qauv tsim los ntawm kev sib nrig sib cuam tshuam ntawm coherent nthwv dej uas muaj random theem hloov thiab / los yog ib tug random txheej siv. Feem ntau nws zoo li cov teeb me ntsis (dots) ntawm qhov tsaus ntuj.
Nyob rau hauv xyoo tsis ntev los no, ntau yam kev yees duab tau tsim los hla cov teebmeem scatterer thiab rho tawm cov ntaub ntawv los ntawm cov qauv speckle. Qhov teeb meem nrog cov tswv yim no yog lawv cov kev txwv - koj yuav tsum muaj qee yam kev paub txog cov khoom, muaj kev nkag mus rau qhov nruab nrab lossis cov khoom, thiab lwm yam.
Nyob rau tib lub sijhawm, muaj ntau txoj hauv kev tshaj lij, raws li cov kws tshawb fawb - kev pom pom nrog lub cim xeeb (ME). Txoj kev no tso cai rau koj pom ib yam khoom yam tsis muaj kev paub ua ntej txog nws tus kheej lossis qhov nruab nrab tawg. Txhua tus neeg muaj qhov tsis txaus, raws li peb paub, thiab ME txoj kev tsis muaj kev zam. Yuav kom tau txais cov qauv zoo sib xws speckle thiab, raws li, cov duab raug dua, lub teeb pom kev zoo yuav tsum nqaim-band, i.e. qis 1nm.
Nws tseem tuaj yeem ua rau outwit cov kev txwv ntawm ME txoj kev, tab sis dua cov kev dag no koom nrog kev nkag mus rau qhov chaw kho qhov muag lossis khoom ua ntej diffuser, lossis ntsuas ncaj qha. PSF*.
PSF* - ib qho taw tes kis ua haujlwm uas piav qhia cov duab uas lub tshuab ntsuas pom tau txais thaum pom lub teeb pom kev los yog qhov khoom taw tes.
Cov kws tshawb fawb hu cov txheej txheem no ua haujlwm tau, tab sis tsis zoo tag nrho, txij li kev ntsuas PSF tsis yog ib txwm ua tau vim, piv txwv li, mus rau qhov muaj zog ntawm cov neeg tawg rog lossis nws tsis tuaj yeem nkag tau ua ntej cov txheej txheem duab. Hauv lwm lo lus, muaj qee yam ua haujlwm.
Hauv lawv txoj haujlwm, cov kws tshawb fawb tawm tswv yim sib txawv. Lawv qhia peb ib txoj hauv kev rau kev paub txog ntau yam duab ntawm cov khoom los ntawm kev sib faib nruab nrab siv ib qho kev ntsuas ib zaug nrog lub koob yees duab monochrome. Tsis zoo li lwm cov txheej txheem, qhov no tsis xav tau kev paub ua ntej ntawm PSF system lossis qhov chaw spectrum.
Txoj kev tshiab tsim cov duab zoo ntawm lub hom phiaj hauv tsib txoj kev sib cais zoo ntawm 450 nm thiab 750 nm, uas tau lees paub los ntawm kev suav. Hauv kev xyaum, kom deb li deb tau pom peb qhov zoo sib cais spectral channel ntawm 450 nm thiab 650 nm thiab rau 515 spectral channels nyob ib sab ntawm 575 thiab XNUMX nm.
Txoj kev tshiab ua haujlwm li cas
Duab No. 1: teeb - spatial light modulator - diffuser (nrog iris diaphragm) - coding aperture - prism - optical relay (1: 1 visualization) - lub koob yees duab monochrome.
Cov kws tshawb fawb sau tseg peb lub ntsiab lus tseem ceeb ntawm cov duab diffuser: cov khoom ntawm kev txaus siab (sab nraud illuminated los yog nws tus kheej-luminous), lub diffuser, thiab lub ntes.
Raws li hauv cov txheej txheem ME, qhov kev tshawb fawb no txiav txim siab txog ib qho khoom uas nws qhov loj me nyob hauv ME qhov kev pom thiab nyob deb ntawm koj tom qab lub diffuser. Tom qab kev cuam tshuam nrog lub diffuser, lub teeb mus deb v ua ntej mus txog lub ntes.
Pa ME imaging siv cov koob yees duab txheem, tab sis txoj kev no siv ib tug encoding detector module uas muaj ib tug encoding aperture thiab ib tug wavelength-nyob ntawm seb kho qhov muag khoom. Lub hom phiaj ntawm lub ntsiab lus no yog kom tsis txhob hloov pauv txhua qhov spectral channel ua ntej muab lawv thiab hloov mus rau hauv cov khoom siv monochrome.
Yog li, es tsis txhob ntsuas qhov sib txawv me me uas nws cov spectral channels yog inextricably sib xyaw, lub teeb liab spectrally multiplexed tau kaw, uas yog qhov zoo rau kev sib cais.
Cov kws tshawb nrhiav ib zaug ntxiv hais tias lawv txoj kev tsis tas yuav muaj cov yam ntxwv paub ua ntej lossis kev xav txog lub diffuser lossis lub teeb ci.
Tom qab ua qhov kev ntsuas ua ntej ntawm cov multiplexed speckle, tus nqi paub ntawm TΞ» (wavelength-dependent coding pattern) tau siv los kho tus kheej ntawm cov speckle hauv txhua qhov spectral band.
Hauv lawv txoj haujlwm, nyob rau theem ntawm kev suav thiab kev ua qauv, cov kws tshawb fawb tau siv qee yam kev kawm tshuab uas tuaj yeem pab tau los ntawm kev siv cov txheej txheem yav dhau los uas tsis tau xav txog. Ua ntej, sparse matrix feature kawm tau siv los sawv cev speckle.
Kev kawm tshwj xeeb * - tso cai rau lub kaw lus tuaj yeem nrhiav cov sawv cev tsim nyog los txheeb xyuas cov yam ntxwv ntawm cov ntaub ntawv.
Qhov tshwm sim yog cov ntaub ntawv qhia txog cov duab speckle los ntawm ntau qhov kev ntsuas kev teeb tsa. Lub hauv paus no yog qhov dav dav thiab tsis nyob ntawm cov khoom tshwj xeeb thiab cov neeg tawg rog uas koom nrog hauv tiam ntawm daim npog ntsej muag IΞ»x, y. Hauv lwm lo lus, lub kaw lus tau kawm raws li lub diffuser uas tsis siv hauv kev sim teeb tsa, i.e. lub kaw lus tsis muaj kev nkag mus rau nws, raws li cov kws tshawb fawb xav tau.
OMP algorithm tau siv los muab cov duab speckle ntawm txhua lub wavelength (orthogonal matching caum).
Thaum kawg, los ntawm kev suav cov autocorrelation ntawm txhua spectral channel ntawm nws tus kheej thiab inverting autocorrelation ntawm txhua lub wavelength, cov duab ntawm cov khoom tau txais. Cov duab tshwm sim ntawm txhua qhov wavelength yog tom qab ntawd ua ke los tsim cov duab xim ntawm cov khoom.
Duab No. 2: cov txheej txheem ua ib kauj ruam ntawm kev sau cov duab ntawm ib qho khoom.
Cov txheej txheem no, raws li nws cov neeg tsim, ua rau tsis muaj kev xav txog kev sib raug zoo ntawm spectral channels thiab tsuas yog xav tau qhov kev xav tias tus nqi wavelength yog random heev. Tsis tas li ntawd, txoj kev no tsuas yog xav tau cov ntaub ntawv hais txog lub ntsuas ntsuas encoding, tso siab rau kev ntsuas ua ntej ntawm encoding aperture thiab lub tsev qiv ntawv cov ntaub ntawv kawm ua ntej. Cov yam ntxwv no ua rau txoj kev ntsuas no muaj ntau yam thiab tsis cuam tshuam.
Simulation tau tshwm sim
Ua ntej, cia peb saib cov txiaj ntsig simulation.
Duab #3
Daim duab saum toj no qhia cov piv txwv ntawm cov duab multispectral ntawm ob yam khoom siv los ntawm diffuser. Sab saum toj kab rau 3 muaj cov khoom ntawm kev txaus siab uas muaj ntau tus lej, pom ob qho tib si hauv cov xim cuav thiab tawg los ntawm spectral channel. Thaum npaj ib yam khoom hauv cov xim tsis tseeb, qhov kev siv qhov profile ntawm txhua lub wavelength tshwm sim hauv CIE 1931 RGB qhov chaw.
Reconstructed object (kab hauv qab ntawm 3) ob qho tib si nyob rau hauv cov xim tsis tseeb thiab nyob rau hauv cov nqe lus ntawm ib tug neeg spectral channels, qhia tau hais tias cov txheej txheem muab zoo heev visualization thiab tsuas yog me me crosstalk ntawm spectral channels, uas tsis ua lub luag hauj lwm tshwj xeeb nyob rau hauv cov txheej txheem.
Tom qab tau txais cov khoom tsim kho dua tshiab, i.e. Tom qab rendering, nws yuav tsum tau soj ntsuam cov degree ntawm qhov tseeb los ntawm kev sib piv cov spectral siv (nruab nrab ntawm tag nrho cov ci pixels) ntawm cov khoom tiag tiag thiab lub reconstructed ib (3b).
Hauv cov duab 3c qhia txog cov khoom tiag (kab sab saum toj) thiab cov duab tsim kho tshiab (kab hauv qab) rau cov paj rwb qia cell, thiab hauv 3d kev tsom xam ntawm kev pom qhov tseeb yog qhia.
Txhawm rau ntsuas qhov ntsuas qhov tseeb, nws yog qhov tsim nyog los laij cov qauv ntsuas qhov sib xws (SSIM) qhov tseem ceeb thiab qhov siab tshaj qhov teeb liab-rau-nruj piv (pSNR) ntawm cov khoom tiag tiag rau txhua qhov spectral channel.
Cov lus saum toj no qhia tau hais tias txhua tus ntawm tsib txoj kev muaj SSIM coefficient ntawm 0,8-0,9 thiab PSNR ntawm ntau tshaj 20. Nws ua raws li hais tias txawm tias qhov tsis sib xws ntawm cov teeb liab speckle, lub superposition ntawm tsib spectral bands nrog ib tug dav ntawm 10 nm. nyob rau hauv lub detector tso cai rau kom ncaj ncaj reconstruction spatial-spectral zog ntawm cov khoom uas tau kawm. Hauv lwm lo lus, cov txheej txheem ua haujlwm, tab sis cov no tsuas yog simulation cov txiaj ntsig. Txhawm rau kom tau txais kev ntseeg siab tiav hauv lawv txoj haujlwm, cov kws tshawb fawb tau ua ntau yam kev sim ua haujlwm.
Kev sim cov txiaj ntsig
Ib qho ntawm qhov sib txawv tseem ceeb ntawm kev simulation thiab kev sim tiag tiag yog ib puag ncig, i.e. cov xwm txheej uas ob qho tib si tau ua. Nyob rau hauv thawj rooj plaub muaj kev tswj xyuas, nyob rau hauv lub thib ob muaj unpredictable tej yam kev mob, i.e. peb mam li saib seb nws mus li cas.
Peb spectral channels nrog qhov dav ntawm 8-12 nm nyob nruab nrab ntawm 450, 550 thiab 650 nm raug txiav txim siab, uas, thaum ua ke nrog ntau qhov sib txawv ntawm qhov sib txawv, tsim ntau yam xim.
Duab #4
Daim duab saum toj no qhia txog kev sib piv ntawm cov khoom tiag (cov xim ntau xim "H") thiab cov khoom tsim dua tshiab. Lub sij hawm raug lub teeb (shutter speed, i.e. exposure) tau teem rau 1800 s, uas ua rau nws muaj peev xwm tau txais ib qho SNR nyob rau hauv thaj tsam ntawm 60-70 dB. Qhov ntsuas SNR no, raws li cov kws tshawb fawb, tsis yog qhov tseem ceeb heev rau kev sim, tab sis ua haujlwm ntxiv rau kev lees paub ntawm lawv cov txheej txheem, tshwj xeeb tshaj yog nyob rau hauv cov ntaub ntawv ntawm cov khoom nyuaj. Nyob rau hauv qhov tseeb, thiab tsis nyob rau hauv lub chaw kuaj mob, txoj kev no yuav ua tau ib tug txiav txim ntawm magnitude sai.
Cov kab saum toj kawg nkaus ntawm daim duab # 4 qhia cov khoom ntawm txhua qhov wavelength (los ntawm sab laug mus rau sab xis) thiab cov khoom xim tiag tiag.
Txhawm rau kom tau txais cov duab ntawm cov khoom tiag tiag los ntawm kev kos duab, lub koob yees duab pom lub computer tau siv nrog cov ntxaij lim dej uas tsim nyog los ua cov duab ncaj qha rau cov khoom siv spectral thiab tau txais cov duab puv xim los ntawm kev suav cov spectral raws.
Kab thib ob ntawm daim duab saum toj no qhia cov qauv autocorrelation ntawm txhua qhov kev tsim kho spectral channel tsim cov kev ntsuas multiplexed uas yog cov tswv yim rau cov ntaub ntawv ua theem.
Cov kab thib peb yog cov khoom tsim kho dua tshiab hauv txhua qhov spectral channel, nrog rau cov khoom tsim muaj xim puv, i.e. qhov kawg visualization result.
Daim duab puv xim qhia tau hais tias qhov sib txawv ntawm qhov sib txawv ntawm cov spectral channel kuj yog qhov tseeb, txij li cov xim ntawm cov duab sib xyaw ua ke sib phim tus nqi tiag tiag, thiab SSIM coefficient nce mus txog ntau dua 0,92 rau txhua qhov channel.
Cov kab hauv qab no lees paub cov lus no, qhia qhov sib piv ntawm qhov siv ntawm cov khoom tiag tiag thiab cov khoom tsim kho dua tshiab. Cov ntaub ntawv los ntawm ob qho tib si coincide nyob rau hauv tag nrho cov spectral ranges.
Nws ua raws los ntawm qhov no tias txawm tias muaj lub suab nrov thiab cov qauv ua qauv tsis raug tsis tiv thaiv peb kom tau txais cov duab zoo, thiab cov txiaj ntsig kev sim tau sib raug zoo nrog cov qauv tsim.
Qhov kev sim piav qhia saum toj no tau ua tiav los ntawm kev sib cais spectral channels. Cov kws tshawb fawb tau ua lwm qhov kev sim, tab sis lub sij hawm no nrog cov kab uas nyob ib sab, los yog nrog cov spectral tas li ntawm 60 nm.
Duab #5
Cov khoom tiag tiag yog tsab ntawv "X" thiab kos npe "+" (5). Lub spectrum ntawm tsab ntawv "X" yog ib qho zoo sib xws thiab txuas ntxiv - nruab nrab ntawm 515 thiab 575 nm, tab sis "+" muaj cov qauv spectrum, feem ntau nyob ntawm 535 thiab 575 nm (5b). Rau qhov kev sim no, qhov raug yog 120 s kom ua tiav qhov xav tau (raws li ua ntej) SNR ntawm 70 dB.
Ib qho 60 nm dav bandpass lim kuj tau siv rau tag nrho cov khoom thiab cov lim qis dhau ntawm "+" kos npe. Thaum lub sij hawm rov tsim kho, 60 nm spectrum muab faib ua 6 kab uas nyob ib sab nrog qhov dav ntawm 10 nm (5b).
Raws li peb tuaj yeem pom los ntawm cov duab 5c ib, cov duab tshwm sim yog nyob rau hauv kev pom zoo zoo nrog cov khoom tiag. Qhov kev sim no tau pom tias qhov muaj lossis tsis muaj kev sib raug zoo ntawm cov spectral nyob rau hauv qhov ntsuas speckle tsis cuam tshuam rau kev ua tau zoo ntawm cov txheej txheem duab hauv kev kawm. Cov kws tshawb fawb lawv tus kheej ntseeg tias lub luag haujlwm loj dua hauv cov txheej txheem kev pom, lossis ntau dua hauv nws txoj kev vam meej, tsis muaj ntau yam los ntawm cov yam ntxwv ntawm cov khoom xws li los ntawm kev ntsuas qhov system thiab cov ntsiab lus ntawm nws cov encoding detector.
Yog xav paub ntxiv txog qhov nuances ntawm txoj kev tshawb no, kuv pom zoo kom mus saib ΠΈ rau nws.
Epilogue
Hauv kev ua haujlwm no, cov kws tshawb fawb tau piav qhia txog ib txoj hauv kev tshiab ntawm kev thaij duab multispectral los ntawm diffuser. Wavelength-dependent speckle modulation siv lub coding aperture enabled ib tug multiplexed ntsuas thiab speckle xam siv lub tshuab kawm raws li OMP algorithm.
Siv cov ntawv ntau xim "H" ua piv txwv, cov kws tshawb fawb tau pom tias tsom mus rau tsib spectral channels sib xws rau violet, ntsuab thiab peb ntxoov liab tso cai rau ib qho kom tau txais kev tsim kho ntawm daim duab uas muaj tag nrho cov xim ntawm cov qub (xiav, yellow, thiab lwm yam).
Raws li cov kws tshawb fawb, lawv cov txheej txheem tuaj yeem muaj txiaj ntsig zoo hauv tshuaj thiab astronomy. Xim nqa cov ntaub ntawv tseem ceeb hauv ob qho lus qhia: hauv astronomy - tshuaj lom neeg muaj pes tsawg leeg ntawm cov khoom uas tau kawm, hauv tshuaj - molecular muaj pes tsawg leeg ntawm cov hlwb thiab cov ntaub so ntswg.
Nyob rau theem no, cov kws tshawb fawb pom tsuas yog ib qho teeb meem uas tuaj yeem ua rau pom qhov tsis raug: kev ua qauv tsis raug. Vim yog lub sijhawm ntev heev uas yuav tsum tau ua kom tiav cov txheej txheem, cov kev hloov hauv ib puag ncig yuav tshwm sim uas yuav qhia txog kev hloov kho uas tsis tau muab coj los rau hauv tus account ntawm theem npaj. Txawm li cas los xij, yav tom ntej peb npaj yuav nrhiav txoj hauv kev los txo qhov teeb meem no, uas yuav ua rau cov txheej txheem kev piav qhia tsis yog tsuas yog raug, tab sis kuj ruaj khov nyob rau hauv txhua yam kev mob.
Hnub Friday yav tsaus ntuj:
Teeb, xim, suab paj nruag thiab trio ntawm lub ntiaj teb nto moo xiav weirdos (Blue Man Group).
Ua tsaug rau kev nyeem ntawv, nyob xav paub, thiab muaj lub hnub so zoo! π
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