Një nga aftësitë më të njohura të Superman-it është shikimi super, që i lejon atij të shqyrtojë atomet, të shohë në errësirë dhe në distanca të mëdha, si dhe të shohë përmes objekteve. Kjo aftësi rrallë demonstrohet në ekran, por ajo ekziston. Në realitetin tonë, gjithashtu mund të shohim përmes objekteve pothuajse të papërshkueshme nga drita duke aplikuar disa truqe shkencore. Megjithatë, imazhet që janë marrë gjithmonë kanë qenë në bardh e zi, deri tani. Sot do të njohim një studim, në të cilin shkencëtarët nga Universiteti i Dukës (SHBA) arritën të realizojnë një fotografi në ngjyra të objekteve të fshehura pas një muri të pandriçuar, duke përdorur një ndriçim të vetëm. Cila është kjo super-teknologji, si funksionon dhe në cilat fusha mund të aplikohet? Këtë do ta na tregojë raporti i grupit kërkimor. Le të fillojmë.
Baza e kërkimit
Pavarësisht të gjitha "përfitimeve" të mundshme nga teknologjia e vizualizimit të objekteve në mjedise të shpërndara, ekziston një sërë problemesh në realizimin e kësaj teknologjie. Problemi kryesor është fakti se rrugët e fotoneve që kalojnë përmes shpërndarësit ndryshojnë shumë, gjë që sjell na patterne të rastësishme. spekle* nga ana tjetër.
Spekli* është një model ndërhyrjeje rastësore, që formohet nga ndërveprimi i valëve koherente, të cilat kanë faza të rastësishme dhe/ose një konfigurim të rastësishëm të intensitetit. Shumicën e rasteve duket si një grup pikash të ndritshme (pikat) mbi një sfond të errët.
GjatĂ« viteve tĂ« fundit janĂ« zhvilluar disa metodika vizualizimi, qĂ« lejojnĂ« kapĂ«rcimin e efekteve tĂ« shpĂ«rndarĂ«sit dhe nxjerrjen e informacionit rreth objektit nga skema e speklit. Problemi i kĂ«tyre metodikave qĂ«ndron nĂ« kufizimet e tyre â duhen pasur njohuri tĂ« caktuara pĂ«r objektin, duhet pasur qasje nĂ« mjedisin shpĂ«rndarĂ«s ose objektin, etj.
Në të njëjtën kohë, ekziston një metodë më e avancuar, sipas shkencëtarëve, - vizualizimi me efektin e kujtesës (ME). Kjo metodë lejon vizualizimin e një objekti pa njohuri të mëparshme në lidhje me të ose mjedisin shpërndarës. Të gjithë kanë disavantazhe, siç e dimë, dhe metoda ME nuk është përjashtim. Për të marrë modele spekle me kontrast të lartë dhe, për pasojë, imazhe më të sakta, ndriçimi duhet të jetë me bandwidth të ngushtë, pra më pak se 1 nm.
ĂshtĂ« gjithashtu e mundur tĂ« kalosh kufizimet e metodĂ«s ME, por edhe njĂ«herĂ«, kĂ«to truk janĂ« tĂ« lidhura me qasjen nĂ« burimin optik ose objektin para dispersorĂ«s, ose me matjen direkte. PSF*.
PSF* â funksioni i shpĂ«rndarjes sĂ« pikĂ«s, qĂ« pĂ«rshkruan imazhin qĂ« merr sistemi i formimit kur vĂ«zhgon njĂ« burim dritĂ« pikor ose njĂ« objekt pikor.
Kërkuesit i quajnë këto metoda funksionale, por jo të përsosura, pasi matja e PSF-së nuk është gjithmonë e mundur për shkak, për shembull, të dinamizmit të dispersorit ose paqëndrueshmërisë së tij para procedurës së vizualizimit. Një fjalë tjetër, ka ende punë për të bërë.
Në punimin e tyre, kërkuesit propozojnë një qasje tjetër. Ata na demonstrojnë metodën e realizimit të vizualizimit multispektral të objekteve përmes një ambienti shpërndarës duke përdorur një matje të vetme spekle me një kamerë monochrome. Ndryshe nga metodologjitë e tjera, kjo nuk kërkon njohuri paraprake mbi sistemin PSF ose spektrin e burimit.
Metoda e re lejon krijimin e imazheve me cilësi të lartë të objektit të synuar në pesë kanale spektrale të ndara mirë midis 450 nm dhe 750 nm, gjë që është konfirmuar nga llogaritjet. Në praktikë, megjithatë, është arritur deri tani të realizohet vizualizimi i tre kanaleve spektrale të ndara mirë midis 450 nm dhe 650 nm dhe gjashtë kanaleve spektrale ngjitur midis 515 dhe 575 nm.
Princi i funksionimit të metodës së re
Imazhi â1: llamba â modulatori hapĂ«sinor i dritĂ«s â dispersorja (me diafragmĂ« iris) â aperturĂ« kodifikuese â prisma â relĂ© optik (vizualizimi 1:1) â kamera monochrome.
Kërkuesit shënojnë tre elemente kryesore të çdo vizualizimi përmes dispersorit: objekti i interesit (i ndriçuar nga jashtë ose që shkëlqen vetë), dispersori dhe detektori.
Si në sistemet standarde ME, në këtë studim shqyrtohet objekti, madhësia këndore e të cilit është brenda fushës së shikimit të ME dhe në një distancë u pas dispersorit. Pas ndërveprimit me dispersorin, drita përhapet në një distancë v, para se të arrijë te detektori.
Vizualizimi normal ME përdor kamera standarde, ndërsa në këtë metodë përdoret një modul i detektorit kodues, i përbërë nga një aperturë koduese dhe një element optik që varet nga gjatësia e valës. Qëllimi i këtij elementi është modifikimi unik i çdo kanali spektral përpara se ata të kombinohen dhe të transformohen në një detektor monochromik.
Pra, në vend të matjes së thjeshtë të spekës me kontrast të ulët, kanalet spektrale të së cilave janë të përziera pa mundësi kthimi, është regjistruar një sinjal spektralisht shumëfishuar, i cili është i përshtatshëm për ndarjen.
Hulumtuesit theksojnë përsëri se metoda e tyre nuk kërkon asnjë karakteristikë të njohur paraprakisht ose supozime në lidhje me shpërndarësin apo burimin e dritës.
Pas kryerjes së matjeve paraprake të spekës shumëfishuar, u përdor një vlerë e njohur Tλ (patkua koduese që varet nga gjatësia e valës) për rikonstruktimin individual të spekës në çdo bandë spektrale.
Në punën e tyre në fazën e llogaritjeve dhe modelimit, shkencëtarët aplikuan metoda të caktuara të mësimit të makinerive, të cilat mund të ndihmojnë në realizimin e një metode deri tani të pa shqyrtuar. Së pari, u përdor mësimi i veçorive të matricës së shpërndarë për paraqitjen e spekës.
MĂ«simi i veçorive* â i lejon sistemit tĂ« gjejĂ« automatikisht paraqitjet e nevojshme pĂ«r identifikimin e veçorive tĂ« tĂ« dhĂ«nave origjinale.
Si rezultat janë marrë një bazë e trajnueshme mbi imazhet speklore nga konfigurata të ndryshme matëse. Kjo bazë është mjaft e përgjithshme dhe nuk varet nga objektet specifike dhe shpërndarësit që marrin pjesë në gjenerimin e maskës Iλx, y. Në fjalë të tjera, sistemi e mëson bazën në lidhje me shpërndarësin që nuk përdoret në konfigurimin eksperimental, domethënë, sistemi nuk ka akses në të, ashtu siç e dëshironin hulumtuesit.
Për të marrë imazhe speklore në çdo gjatësinë e valës u përdor algoritmi OMP (përndryshe ndjekës të përputhjes ortogonale).
Në fund, duke llogaritur autokorrelaimin e çdo kanali spektral në mënyrë të pavarur dhe duke inverzuar autokorrelaimin në çdo gjatësinë e valës janë marrë imazhe të objektit. Imazhet e marra në çdo gjatësinë e valës pastaj kombinohen për të krijuar një imazh me ngjyra të objektit.
Imazhi Nr. 2: procesi i hap pas hapi për përgatitjen e imazhit të objektit.
Sipas krijuesve të saj, kjo metodë nuk bën asnjë supozim mbi korelacionet midis kanaleve spektrale dhe kërkon vetëm supozimin se vlera e gjatë së valës është mjaft rastësore. Përveç kësaj, kjo metodë kërkon vetëm informacion mbi detektorët kodues, duke u mbështetur në kalibrimin paraprak të hapësirës koduese dhe një bibliotekë të dhënash të trajnuar më parë. Këto karakteristika e bëjnë këtë metodë vizualizimi shumë universale dhe joinvazive.
Rezultatet e modelimit
Fillimisht do të shqyrtojmë rezultatet e modelimit.
Imazhi Nr. 3
Në imazhin e mësipërm, janë paraqitur shembuj të skenave multispektrale të dy objekteve të bëra përmes një shpërndarësit. Rreshti i sipërm në 3a përmban objektin e interesit, që përbëhet nga disa numra, të paraqitur si në ngjyrë të rreme, ashtu edhe në ndarjen për kanal spektral. Kur ndodhet objekti në ngjyrë të rreme, paraqitet profili i intensitetit të çdo gjatësie vale në hapësirën CIE 1931 RGB.
Objekti i rikonstruktuar (rreshti i poshtëm në 3a) si në ngjyrë të rreme, ashtu edhe në lidhje me kanalet spektrale të veçanta, tregon se metoda ofron një vizualizim të shkëlqyer dhe vetëm një ndërveprim të vogël ndërkufitar midis kanaleve spektrale, i cili nuk luan një rol të veçantë në proces.
Pas marrjes së objektit të rikonstruktuar, domethënë, pas vizualizimit, ishte e nevojshme të vlerësohej shkalla e saktësisë, duke krahasuar intensitetin spektral (i përqendruar në të gjitha pikselët e ndritshëm) të objektit të vërtetë dhe të rikonstruktuar (3b).
Në imazhet 3c janë paraqitur objekti i vërtetë (rreshti i sipërm) dhe imazhi i rikonstruktuar (rreshti i poshtëm) për një qelizë nga dega e pambukut, dhe në 3d është paraqitur analiza e saktësisë së vizualizimit.
Për të vlerësuar saktësinë e vizualizimit, ishte e nevojshme të llogariteshin vlerat e koeficientit të ngjashmërisë strukturore (SSIM) dhe raporti maksimal i sinjalit ndaj zhurmës (pSNR) të objektit të vërtetë për secilin kanal spektral.
Tabela e mĂ«sipĂ«rme tregon se çdo njĂ« nga pesĂ« kanalet ka njĂ« koeficient SSIM 0,8â0,9 dhe PSNR mbi 20. Kjo tregon se, megjithĂ«se kontrasti i sinjalit spekular Ă«shtĂ« i ulĂ«t, mbivendosja nĂ« detektorĂ«t e pesĂ« brezave spektralĂ« me gjerĂ«si 10 nm lejon njĂ« rikonstruksion tĂ« mjaftueshĂ«m tĂ« pronave hapĂ«sinore-spektrale tĂ« objektit tĂ« studiuar. Me fjalĂ« tĂ« tjera, metodologia funksionon, megjithatĂ« kĂ«to janĂ« vetĂ«m rezultate simulimi. PĂ«r tĂ« pasur njĂ« siguri mĂ« tĂ« plotĂ«, shkencĂ«tarĂ«t zhvilluan njĂ« sĂ«rĂ« eksperimentesh praktike.
Rezultatet e eksperimenteve
NjĂ« nga dallimet mĂ« tĂ« rĂ«ndĂ«sishme midis modelingut dhe eksperimenteve reale Ă«shtĂ« ambienti, pra kushtet nĂ« tĂ« cilat kryhet tĂ« dyja. NĂ« rastin e parĂ«, janĂ« kushte tĂ« kontrolluara, nĂ« tĂ« dytin â tĂ« paparashikuara, pra, si do tĂ« dalin.
U shqyrtuan tre kanale spektrale me gjerësi 8-12 nm me qendër në 450, 550 dhe 650 nm, të cilat në kombinim me sasi të ndryshme relative gjenerojnë një gamë të gjerë ngjyrash.
Imazhi Nr. 4
NĂ« imazhin e mĂ«sipĂ«rm tregohet krahasimi midis objektit real (letra shumĂ«ngjyrĂ«she âHâ) dhe atij tĂ« rikonstruktuar. KohĂ«zgjatja e ekspozimit ishte vendosur nĂ« 1800 s, e cila lejoni njĂ« SNR nĂ« kufijtĂ« e 60-70 dB. Ky tregues SNR, sipas shkencĂ«tarĂ«ve, nuk Ă«shtĂ« jashtĂ«zakonisht i rĂ«ndĂ«sishĂ«m pĂ«r eksperimentin, por shĂ«rben si njĂ« konfirmim shtesĂ« i funksionimit tĂ« metodologjisĂ« sĂ« tyre, veçanĂ«risht nĂ« rastin e objekteve komplekse. NĂ« realitet, dhe jo nĂ« kushte laboratorike, kjo metodĂ« mund tĂ« jetĂ« njĂ« rend mĂ« e shpejtĂ«.
Në rreshtin e sipërm të imazhit nr. 4 tregohet objekti në çdo gjatësi vale (majtas-djathtas) dhe objekti i plote me ngjyra.
Për të marrë një imazh të objektit real në rezultatin e vizualizimit, u përdor një kamerë vëzhgimi automatik me filtre përkatëse për të shfaqur drejtpërdrejt komponentët spektralë dhe për të marrë një imazh me ngjyra të plotë duke u mbledhur kanalet spektralë rezultantë.
Rreshti i dytë i imazhit më sipër tregon modelet e autocorreletit të çdo kanali spektral të rikonstruktuar, të cilat formojnë matjet e shumëfishta që janë të dhënat hyrëse për fazën e përpunimit të të dhënave.
Rreshti i tretë është një objekt i rikonstruktuar në çdo kanal spektral, si dhe një objekt i rikonstruktuar me ngjyra të plota, dmth rezultati përfundimtar i vizualizimit.
Imazhi me ngjyra të plota tregon se sasinë relative mes kanaleve spektrale është gjithashtu e saktë, pasi ngjyra e imazhit të rikonstruktuar përputhet me vlerën reale, dhe koeficienti SSIM arrin më shumë se 0,92 për çdo kanal.
Rreshti më i ulët është një konfirmim i këtij pohimi, duke demonstruar krahasimin e intensitetit të subjektit real dhe të rikonstruktuar. Të dhënat e të dyve përputhen në të gjitha gamat spektrale.
Kështu, edhe prania e zhurmës dhe gabimeve të mundshme në modelim nuk penguan marrjen e një imi të cilësisë së lartë, dhe rezultatet e eksperimenteve janë në përputhje të shkëlqyer me rezultatet e modelimit.
Eksperimentin e lartpërmendur e kemi realizuar duke marrë parasysh kanalet spektrale të ndara. Shkencëtarët kryen një tjetër eksperiment, por tashmë me kanale afër, më saktësisht me një gamë spektrale të vazhdueshme prej 60 nm.
Imazhi Nr. 5
Si objekt real shërbeu letra "X" dhe shenja "+" (5a). Spektri i letters "X" është relativisht i barabartë dhe i vazhdueshëm - midis 515 dhe 575 nm, ndërsa "+" ka një spektral të strukturuar, kryesisht i vendosur midis 535 dhe 575 nm (5b). Për këtë eksperiment, ekspozita ishte 120 s për të arritur SNR të dëshiruar (siç ishte më parë) prej 70 dB.
Po ashtu, u përdor një filtrues brezësh me gjerësi 60 nm mbi të gjithë objektin dhe një filtrues të ulët mbi shenjën "+". Gjatë rikonstruksionit, spektri 60 nm ndahet në 6 kanale ngjitur me gjerësi 10 nm (5b).
Sipas pamjeve 5c, imazhet rezultate janë në përputhje të shkëlqyer me objektin real. Ky eksperiment tregoi se prania ose mungesa e korelacioneve spektrale në spekulin e matur nuk ndikon në efikasitetin e metodologjisë së vizualizimit të shqyrtuar. Shkencëtarët vet konsiderojnë se një rol më të madh në procesin e vizualizimit, më saktësisht në suksesin e tij, luajnë jo aq shumë karakteristikat spektrale të subjektit, sa kalibrimi i sistemit dhe detajet e detektorit të tij kodifikues.
Për një njohuri më të hollësishme mbi nuancat e studimit, rekomandoj të shikoni në dhe për të.
Epilogu
Në këtë punim, shkencëtarët përshkruan një metodë të re të vizualizimit multispektral përmes një shpërndarësi. Modifikimi i spektra, i varur nga gjatësi e valës, me anë të një aperturë koduese, lejon realizimin e një matjeje të shumëfishtë dhe llogaritjen e spektrit përmes algoritmit OMP të bazuar në mësimin e makinës.
Me shembuj të shkronjës së ngjyrave "H", shkencëtarët treguan se përqendrimi në pesë kanale spektrale, që përkojnë me ngjyrat vjollcë, të gjelbër dhe tri nuanca të kuqe, mund të sjellë një rikonstruksion të imazhit që përmban të gjitha ngjyrat e origjinalit (blu, e verdhë, etj.).
Sipas hulumtuesve, metodologia e tyre mund tĂ« jetĂ« e dobishme si nĂ« mjekĂ«si, ashtu edhe nĂ« astronomi. Ngjyra mb Carry mesajhe tĂ« rĂ«ndĂ«sishme nĂ« tĂ« dyja drejtimet: nĂ« astronomi â pĂ«rbĂ«rjen kimike tĂ« objekteve qĂ« studiohen, nĂ« mjekĂ«si â pĂ«rbĂ«rjen molekulare tĂ« qelizave dhe indeve.
Në këtë fazë, shkencëtarët vërejnë vetëm një problem, i cili mund të shkaktojë pasaktësi në vizualizim, janë gabimet e modelimit. Për shkak të kohës së mjaftueshme që nevojitet për realizimin e procesit, mund të ndodhin ndryshime në ambient, të cilat do të bëjnë korrigjime që nuk janë marrë parasysh në fazën e përgatitjes. Megjithatë, në të ardhmen planifikohet të gjendet një mënyrë për të reduktuar këtë problem, duke e bërë metodologjinë e vizualizimit të përshkruar jo vetëm të saktë, por edhe të qëndrueshme në çdo kusht.
Tema e përgjithshme e Premtes:
Drita, ngjyra, muzika dhe trio më të famshme të "çudirave" blu në botë (Blue Man Group).
Faleminderit pĂ«r vĂ«mendjen, qĂ«ndroni kuriozĂ« dhe ju dĂ«shoj njĂ« fundjavĂ« tĂ« shkĂ«lqyer, djem! đ
Faleminderit që qëndroni me ne. Ju pëlqejnë artikujt tanë? Dëshironi të shihni më shumë materiale interesante? Na mbështetni duke bërë një porosi ose duke na rekomanduar miqve tuaj. 30% zbritje për përdoruesit e Habra në një analog unik të serverëve entry-level, të cilin e kemi shpikur për ju: (opcionet me RAID1 dhe RAID10, deri në 24 bërthama dhe deri në 40GB DDR4 janë të disponueshme).
Dell R730xd pĂ«r dy herĂ« mĂ« lirĂ«? VetĂ«m te ne nĂ« HolandĂ«! Dell R420 â 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB â nga $99! Lexoni rreth
Burimi: habr.com
