NjĂ« nga aftĂ«sitĂ« mĂ« tĂ« famshme tĂ« Superman Ă«shtĂ« shikimi i tij i jashtĂ«zakonshĂ«m, i cili i lejon atij tĂ« shohĂ« atomet, tĂ« shohĂ« nĂ« errĂ«sirĂ« dhe nĂ« distanca tĂ« mĂ«dha, si dhe tĂ« shikojĂ« pĂ«rmes objekteve. Kjo aftĂ«si rrallĂ« demonstrohet nĂ« ekranet, por ekziston. NĂ« realitetin tonĂ«, tĂ« shohĂ«sh pĂ«rmes objekteve pothuajse tĂ« papĂ«rshkueshĂ«m Ă«shtĂ« gjithashtu e mundur duke aplikuar disa truqe shkencore. MegjithatĂ«, imazhet e marra kanĂ« qenĂ« gjithmonĂ« bardh e zi, deri kohĂ«t e fundit. Sot do tĂ« njohim njĂ« studim ku shkencĂ«tarĂ«t nga Universiteti i DukĂ«s (SHBA) arritĂ«n tĂ« bĂ«nin njĂ« imazh me ngjyra tĂ« objekteve tĂ« fshehura pas njĂ« muri tĂ« papĂ«rshkueshĂ«m, duke pĂ«rdorur njĂ« ekspozim tĂ« vetĂ«m tĂ« dritĂ«s. ĂfarĂ« Ă«shtĂ« kjo super-teknologji, si funksionon ajo dhe nĂ« cilat fusha mund tĂ« aplikohet? KĂ«to do t'na tregojĂ« raporti i grupit kĂ«rkimor. Le tĂ« fillojmĂ«.
Baza e studimit
Pavarësisht të gjitha mundësive të teknologjisë së vizualizimit të objekteve në mjedise shpërthyese, ekzistojnë disa probleme të realizimit të kësaj teknologjie. Problemi kryesor është se rrugët e fotoneve që kalojnë përmes shpërndarësit ndryshojnë shumë, duke çuar në modele rastësore. spekl* nga ana tjetër.
Spekl* është një model rastësor interferencë që formohet kur valët koherente ndërveprojnë, të cilat kanë zhvendosje fazore rastësore dhe/ose një grup të rastësishëm intensiteti. Shpesh duket si një grup njollash të ndritshme (pikash) në një sfond të errët.
Gjatë viteve të fundit janë zhvilluar disa metoda vizualizimi që lejojnë kalimin përmes efekteve të shpërndarësit dhe nxjerrjen e informacionit për objektin nga modelin e speklit. Problemi me këto metoda është kufizimi i tyre - është e nevojshme të kesh njohuri të caktuara mbi objektin, të kesh qasje në mjedisin shpërndarës ose objektin etj.
Në të njëjtën kohë, ekziston një metodë më e përparuar, sipas shkencëtarëve - vizualizimi me efektin e kujtesës (ME). Kjo metodë lejon vizualizimin e objektit pa njohuri paraprake në lidhje me vetë objektin ose mjedisin shpërndarës. Të gjitha metodat kanë disavantazhe, dhe metoda ME nuk është përjashtim. Për të marrë modele spekl me kontrast të lartë dhe, për rrjedhojë, imazhe më të sakta, ndriçimi duhet të jetë me nukleus të ngushtë, dmth më pak se 1 nm.
Të kapësh kufizimet e metodës ME është gjithashtu e mundur, por, përsëri, këto truqe lidhen me qasjen në burimin optik ose objektin para shpërndarësit ose me matjen e drejtpërdrejtë. PSF*.
PSF* është funksioni i shpërndarjes së pikës që përshkruan imazhin që merr sistemi i formimit kur vëzhgon një burim dritë të pikës ose një objekt të pikës.
Kërkuesit i quajnë këto metoda funksionale, por jo perfekte, pasi matja e PSF nuk është gjithmonë e mundur për shkak, për shembull, të dinamikës së shpërndarësit ose mungesës së aksesit përpara procedurës së vizualizimit. Me fjalë të tjera, ka shumë për të punuar.
Në punën e tyre, kërkuesit propozojnë një qasje tjetër. Ata na demonstrojnë një metodë për realizimin e vizualizimit multispektral të objekteve përmes një mjedisi shpërndarës duke përdorur një matje të vetme spekl me një kamerë monokromatike. Ndryshe nga metodat e tjera, kjo nuk kërkon njohuri paraprake në lidhje me sistemin PSF ose spektrin e burimit.
Metoda e re lejon krijimin e imazheve të cilësisë së lartë të objektit të synuar në pesë kanale spektrale të mirë të ndara midis 450 nm dhe 750 nm, gjë që është konfirmuar nga llogaritjet. Në praktikë, deri tani është arritur të vizualizohet tre kanale spektrale të mirë të ndara midis 450 nm dhe 650 nm dhe gjashtë kanale spektrale të ngjitura midis 515 dhe 575 nm.
Parimi i funksionimit të metodës së re
Imazhi Nr. 1: llamba - modulatori hapësinor i dritës - shpërndari (me diafragmën irisée) - apertura koduese - prisma - rillet optike (vizualizimi 1:1) - kamera monokromatike.
Kërkuesit theksojnë tre elementët kryesorë të çdo vizualizimi përmes një shpërndarësi: objekti i interesit (i ndriçuar nga jashtë ose që ndriçohet vetë), shpërndarësi dhe detektori.
Si në sistemet standarde ME, në këtë studim shqyrtohet një objekt, përmasat e këndshme të të cilit ndodhen brenda fushës së shikimit të ME dhe në një distancë u pas shpërndarësit. Pas ndërveprimit me shpërndarësin, drita përhapet në një distancë v, përpara se të arrijë te detektori.
Vizualizimi standard ME pĂ«rdor kamera standarde, ndĂ«rsa ky metod pĂ«rdor njĂ« modul detektor kodues, i cili pĂ«rbĂ«het nga njĂ« aperturĂ« koduese dhe njĂ« element optik tĂ« varur nga gjatĂ«sia e valĂ«s. QĂ«llimi i kĂ«tij elementi Ă«shtĂ« modulisht unike tĂ« çdo kanali spektral pĂ«rpara se tâi bashkojĂ« ato dhe tâi konvertojĂ« nĂ« njĂ« detektor monokromatik.
Kështu, në vend të thjeshtësisë së matjes së spektrit me kontrast të ulët, kanalet spektrale të të cilëve janë të përziera, u regjistrua një sinjal spektralisht të shumëfishtë, i cili është shumë i përshtatshëm për ndarje.
Kërkuesit theksojnë përsëri se metoda e tyre nuk kërkon asnjë karakteristikë ose supozim të njohur paraprakisht në lidhje me shpërndarësin ose burimin e dritës.
Pas realizimit të matjeve paraprake të spektrit të shumëfishtë, u përdor një vlerë e njohur Tλ (modeli kodues, i varur nga gjatësia e valës) për rikonstruksionin individual të spektrit në secilën bandë spektrale.
Në punën e tij, gjatë hapit të llogaritjeve dhe modelimit, shkencëtarët aplikuan metoda të caktuara të mësimit të makinerive, të cilat mund të ndihmojnë në realizimin e një metode të pa shqyrtuar më parë. Së pari, u përdor mësimi i karakteristikave të matricës së hollë për të reprezentuar spektrin.
MĂ«simi i karakteristikave* â i lejon sistemit tĂ« gjejĂ« automatikisht pĂ«rfaqĂ«sime tĂ« nevojshme pĂ«r identifikimin e karakteristikave tĂ« tĂ« dhĂ«nave origjinale.
Si rezultat, u krijua një bazë e trajnuar në imazhe speklike nga konfigurime të ndryshme matjesh. Kjo bazë është mjaft e përgjithshme dhe nuk varet nga objektet specifike dhe shpërndarësit që janë të përfshirë në gjenerimin e maskës Iλx, y. Në fjalë të tjera, sistemi mësohet në bazë të shpërndarësit që nuk përdoret në konfigurimin eksperimental, dmth. sistemi nuk ka akses në të, siç dëshironin kërkuesit.
Për të marrë imazhe speklike në çdo gjatësinë e valës, u përdor algoritmi OMP (purshtatja ortogonale e përputhjes).
Në fund, duke llogaritur autocorrellacionin e çdo kanali spektral në mënyrë të pavarur dhe duke invertuar autocorrellacionin në çdo gjatësi vale, u morën imazhet e objektit. Imazhet e marra në çdo gjatësi vale më pas bashkohen për të krijuar një imazh ngjyror të objektit.
Imazhi Nr. 2: procesi hap pas hapi i krijimit të imazhit të objektit.
Kjo metodë, sipas krijuesve të saj, nuk bën asnjë supozim mbi korrelacionet midis kanaleve spektrale dhe kërkon vetëm supozimin se vlera e gjatësi së valës është mjaft e rastësishme. Përveç kësaj, kjo metodë kërkon vetëm informacion mbi detektorët kodues, duke u mbështetur në kalibrimin paraprak të aperturës koduese dhe një bibliotekë të dhënash të trajnuar paraprakisht. Këto karakteristika e bëjnë këtë metodë vizualizimi mjaft universale dhe jo-invazive.
Rezultatet e modelimit
Për të filluar, le të shqyrtojmë rezultatet e modelimit.
Imazhi Nr. 3
Në imazhin e mësipërm janë paraqitur shembuj të një fotografie multispektrale të dy objekteve, të realizuara përmes shpërndarësit. Rreshti i sipërm në 3a përmban objektin e interesit, i përbërë nga disa numra, të shfaqur si në ngjyrë të rreme ashtu edhe në shpërndarjen sipas kanaleve spektrale. Kur ndërtimi i objektit është në ngjyrë të rreme, tregohet 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 nga këndvështrimi i kanaleve spektrale individuale, tregon se teknika ofron vizualizim të shkëlqyer dhe vetëm një ndërveprim të vogël midis kanaleve spektrale, i cili nuk luan ndonjë rol të veçantë në proces.
Pas marrjes së objektit të rikonstruktuar, dmth. pas vizualizimit, ishte e nevojshme të vlerësohej shkalla e saktësisë, duke krahasuar intensitetin spektral (të mesëm mbi të gjitha pikselët e ndritshme) të objektit të vërtetë dhe të rikonstruktuar (3b).
Në imazhet 3c tregohet objekti real (rreshti i sipërm) dhe imazhi i rikonstruktuar (rreshti i poshtëm) për një qelizë nga mesi i pambukut, ndërsa në 3d tregohet 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 çdo kanal spektral.
Tabela mĂ« sipĂ«r tregon se çdo njĂ« nga pesĂ« kanalet ka njĂ« koeficient SSIM 0,8â0,9 dhe PSNR mĂ« shumĂ« se 20. Nga kĂ«tu mund tĂ« pĂ«rfundojmĂ« se, edhe pse kontrasti i sinjalit spekular Ă«shtĂ« i ulĂ«t, mbivendosja nĂ« detektor me pesĂ« banda spektrale me gjerĂ«si 10 nm lejon rikonstruksionin mjaft tĂ« saktĂ« tĂ« pronave hapĂ«sinore-spektrale tĂ« objektit tĂ« studiuar. NĂ« fjalĂ« tĂ« tjera, metodologjia funksionon, megjithĂ«se kĂ«to janĂ« vetĂ«m rezultate simuluese. PĂ«r tĂ« pasur mĂ« shumĂ« besim nĂ« rezultatet e veta, shkencĂ«tarĂ«t kanĂ« kryer njĂ« sĂ«rĂ« eksperimenti praktik.
Rezultatet e eksperimenteve
NjĂ« nga dallimet mĂ« tĂ« rĂ«ndĂ«sishme midis modelimit dhe eksperimenteve reale Ă«shtĂ« mjedisi, pra kushte nĂ« tĂ« cilat çmohen tĂ« dyja. NĂ« rastin e parĂ«, kemi kushte tĂ« kontrolluara, ndĂ«rsa nĂ« tĂ« dytin â tĂ« paparashikueshme, pra si do tĂ« dalĂ«.
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 â4
Në imazhin më sipër shikohet krahasimi midis objektit real (lirë ngjyrë «H») dhe atij të rikonstruktuar. Koha e ekspozimit u vendos në 1800 s, e cila lehtësoi marrjen e SNR nga 60-70 dB. Ky tregues SNR, sipas shkencëtarëve, nuk është jashtëzakonisht i rëndësishëm për eksperimenti, por shërben si një konfirmim shtesë të funksionimit të metodologjisë së tyre, sidomos në rastin e objekteve komplekse. Në realitet, e jo në kushte laboratorike, kjo metodë mund të jetë një radhë më e shpejtë.
Rreshti i sipĂ«rm i imazhit â4 tregon objektin nĂ« çdo gjatĂ«si vale (nga majta nĂ« tĂ« djathtĂ«n) dhe objektin e plotĂ« ngjyrĂ« real.
Për të marrë një imazh të objektit real në vizualizim, u përdor një kamerë e njohur makinerie me filtre bardhë ose të ngjyrave për të pasqyruar drejtpërdrejt përbërësit spektralë dhe për të marrë një imazh me ngjyra duke grumbulluar kanalet spektrale të rezultatit.
Rreshti i dytë i imazhit më sipër tregon format e autokorelacionit të çdo kanali spektral të rikonstruktuar, duke formuar matje të shumfishuara, të cilat janë të dhënat hyrëse për fazën e përpunimit të të dhënave.
Rreshti i tretë është objekti i rikonstruktuar në çdo kanal spektral, si dhe objekti i rikonstruktuar me ngjyra, pra rezultati përfundimtar i vizualizimit.
Imazhi me ngjyra tregon se relatimet midis kanaleve spektrale gjithashtu janë të sakta, pasi ngjyra e imazhit të rikonstruktuar përputhet me vlerën reale, dhe koeficienti SSIM arrin më shumë se 0,92 për çdo kanal.
Rreshti më poshtë është një konfirmim i kësaj, duke demonstruar krahasimin e intensitetit të objektit real dhe atij të rikonstruktuar. Të dhënat e të dyve përputhen në të gjitha gamat spektrale.
Këtu mund të përfundojmë se edhe prania e zhurmës dhe gabimeve potenciale në modelim nuk penguan marrjen e një imazhi të cilësisë së lartë, dhe rezultatet e eksperimenteve përputhen mjaft mirë me rezultatet e modelimeve.
Eksperimenti i përshkruar më sipër u zhvillua duke pasur parasysh kanalet spektrale të ndara. Shkencëtarët kryen një tjetër eksperiment, por tani me kanale të ngjashme, më saktësisht me një gamë spektrale të vazhdueshme prej 60 nm.
Imazhi nr. 5
Si objekt real shërbeu letra «X» dhe shenjë «+» (5a). Spektri i letrës «X» është relativisht i njëtrajtshëm dhe i pandërprerë - midis 515 dhe 575 nm, ndërsa «+» ka një spektral të strukturueshëm, kryesisht i pozicionuar midis 535 dhe 575 nm (5b). Për këtë eksperiment, ekspozita ishte 120 s për të arritur SNR-in e dëshiruar (si më parë) prej 70 dB.
Një gjithashtu u përdor një filtrë bandë 60 nm mbi të gjithë objektin dhe një filtrë të ulët frekuencë mbi shenjën «+». Gjatë rikonstruksionit spektri 60 nm ndahet në 6 kanale të ngjashme me gjerësi 10 nm (5b).
Siç mund ta shohim nga imazhet 5c, imazhet e rezultatet përputhen shumë mirë me objektin real. Ky eksperiment tregoi se prania ose mungesa e korrelacioneve spektrale në speklet e matura nuk ndikon në efikasitetin e metodologjisë së vizualizimit të studiuar. Shkencëtarët vetë besojnë se një rol më të madh në procesin e vizualizimit, konkretisht në suksesin e tij, luajnë jo aq karakteristikat spektrale të objektit, sa kalibrimi i sistemit dhe detajet e detektorit të tij kodues.
Për një njohje më të detajuar me nuancat e hulumtimit, rekomandoj të shikoni në dhe për të.
Epilogu
Në këtë punim, shkencëtarët përshkruajnë një metodë të re të vizualizimit multispektral përmes dispersorit. Modulimi i spekllit, i varur nga vala, përmes një aperture koduese, lehtëson kryerjen e një matjeje të shumëfishtë dhe llogaritjen e spekllit përmes algoritmit OMP të bazuar në mësimin automat.
Përmes një shembulli të një letre shumëngjyrëshe 'H', shkencëtarët tregojnë se fokusimi në pesë kanale spektrale, përkatësisht në violet, të gjelbër dhe tri nuanca të kuqe, lejon një rikonstruksion të imazhit që përmban të gjithë ngjyrat e origjinalit (blu, e verdhë, etj.).
Sipas hulumtuesve, metodologjia e tyre mund të jetë e dobishme si në mjekësi, ashtu edhe në astronomi. Ngjyra mban informacion të rëndësishëm në të dyja drejtimet: në astronomi - përbërja kimike e objekteve që studiohen, në mjekësi - përbërja molekulare e qelizave dhe indeve.
Në këtë fazë, shkencëtarët theksojnë vetëm një problem që mund të shkaktojë pasaktësi në vizualizim, që janë gabimet në modelim. Për shkak të kohës mjaft të gjatë të nevojshme për të kryer procesin, mund të ndodhin ndryshime në mjedis, të cilat do të sjellin korrektime që nuk janë marrë parasysh në fazën e përgatitjes. Megjithatë, në të ardhmen planifikohet të gjendet një mënyrë për të eliminuar këtë problem, çka do të mundësojë që metodika e përshkruar e vizualizimit jo vetëm të jetë e saktë, por edhe e qëndrueshme në çdo kushte.
Of-topi i premtes:
Drita, ngjyra, muzika dhe trio i tre 'çuditëve' më të famshëm të blusë në botë (Blue Man Group).
Faleminderit pĂ«r vĂ«mendjen, mbani kuriozitetin nĂ« jetĂ« dhe shijoni fundjavĂ«n, shokĂ«! đ
Faleminderit që jeni me ne. Ju përqejnë artikujt tanë? Doni të shihni më shumë materiale interesante? Na mbështesni me një porosi ose duke na rekomanduar miqve tuaj, 30% zbritje për përdoruesit e Habra për një alternativë unike të serverëve entry-level, e cila është krijuar nga ne për ju: (disponohen variante me RAID1 dhe RAID10, deri në 24 bërthama dhe deri në 40GB DDR4).
Dell R730xd pĂ«r dy herĂ« mĂ« lirĂ«? VetĂ«m kĂ«tu 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
