Обработка при 1,000fps с един пиксел

Не, не тези призраци. Уголемяване / Не, не тези призраци.Ели Christman

За най-дълго време изображенията вероятно бяха най-скучните предмет, който може да се представи. Освен ако не сте се вълнували от сравняването на различни масово произведени маркови обективи, нямаше какво да се говори. Това се промени за кратко с изобретяването на лазера, но на реалната технология за изображения все още беше … да, скучна.

През последното десетилетие или около това, нещата наистина са се променили, през част от новите начини за мислене на това, което всъщност представлява изображението е. Сред многото очарователни вариации на традиционните изобразяването е нещо наречено ghost изображения. Идеята за призрак изображението е да се използва квантовата природа на светлината за изобразяване на обект чрез откриване на фотони, които никога не са се срещали в действителност обект. Това е умопомрачителна идея, която сега е разработена точката, в която всъщност може да е практична обстоятелства – особено когато можете да придобиете около 1000 призрак изображения в секунда

Допълнителна информация

Създаване на призрачни изображения чрез получаване на слънчева светлина, за да действа квантово

Виждам ли призраци или използвам призраци, за да видя?

Първоначалната идея зад призрачните изображения използва нещо наречено квантово заплитане. Представете си, че имам един-единствен фотон че разрязвам на два фотона. Защото Вселената не създава или да унищожи неща като енергия, импулс или ъглов импулс енергията, съдържаща се в двата фотона, трябва да се равнява на стойността на енергия, съдържаща се от първия фотон.

Общата енергия обаче може да бъде разделена по какъвто и да е начин. ако това бяха класическата физика, това ще бъде края на историята: два фотона с енергия, общата от които е фиксирана стойност. В квантовата механика обаче не можем да знаем кой фотон има коя енергия. Резултатът е, че и двата фотона се държат така, сякаш са имат всички възможни енергии едновременно. Същото важи и за импулс и ъглов импулс.

Двете също са заплетени, което означава, че ако измерим енергия на един фотон, тогава получавам едно число, а второто след това фотонът веднага поема подходящата енергия. От това в момента той се държи като фотон с една-единствена енергия. Това е какво прави квантовото заплитане специално.

Можем да използваме два фотона с този вид силно свързани свойство да прави изображения. Един фотон отива директно към камера, докато другият отскача от обекта. Фотонът, който отскочи след това обектът може да бъде регистриран с помощта на фотодетектор. Най- Експериментаторът прави следното: всеки път, когато камерата записва фотон (не забравяйте, че това не са фотоните, които удрят обект) и фотодетекторът се чука, вие запазвате изображението на камерата. Останалите изображения на камерата се изхвърлят. Запазените изображения се получават добавено за създаване на цялостно изображение на обекта, всичко на базата на светлина, която никога не е ходила никъде в близост до обекта.

Може да си помислите, че това е доста бавен процес и ще бъдете прав. Представете си, че нашият източен фотонен източник излъчва около a милиона фотона в секунда (това би било отлично заплетено източник на фотони). От фотоните, изпратени до обекта, около един процент от тях отскачат (останалите са загубени); от тази процента, може би един на хиляда отскача по път, който изпраща то към фотодетектора. Така че получаваме около 10 изображения на камера на второ, всеки от които е единичен фотон, който се открива от a един пиксел на сензора на камерата. Ако камерата има един милион пиксела, тогава очакваме да ни трябват около 30 часа, за да получат достатъчно данни да се комбинира в едно изображение.

Това е гадно.

Какво има в име?

По-късно изследователите разбраха, че наистина не е нужно да правите този вид изображения с единични фотони. Следващата идея е малко абстрактно, но то е в основата на произведението. Фотоните винаги влизат нещо наречено режим. В този случай режим просто описва пространствена форма на светлината – където са ярките и тъмни петна. Всяко изображение може да бъде описано като сбор от режими.

Какво означава това? Вместо да изпращате двойки фотони, можете да използвате интензивен източник на светлина. Тази светлина трябва да бъде в a единичен пространствен режим, който е разделен така, че да пътува надолу два пътеки. В един път режимът се открива директно от a фотодетектор. Във втория път светлината отскача от обекта и след това друг фотодетектор регистрира колко ярко е отразеното режим е – който изисква само един пиксел.

След това компютърът може да приеме двата сигнала и да ги използва определете колко голям принос има този режим за изображението. Да се създайте изображение, просто преминете през толкова режими, колкото сте желание и сумиране на техните вноски. Честно казано, не мисля това е наистина призрачно изображение, защото вече знаете режима (тъй като вие управлявате източника на светлина), така че нямате нужда от детектор, който го измерва.

Ето защо изследователите са премахнали този детектор и се обаждат техниката изчислителни призрачни изображения. Изследователите вземат знанията им за режима, изпратен от източника на светлина и след това да го използват интензитета на един пикселен фотодетектор, за да се определи как много, че режимът допринася за сигнала.

Все още не мисля, че можете да наречете това призрачно изображение, независимо от колко прилагателни имена Изображението се създава директно от фотоните, които са отскочили от обекта, плюс a изчисляване въз основа на пространствения режим на светлинния инцидент върху проба. Независимо от това, как го наричате, все пак е доста готино.

Ярки мигащи светлини

Предимството на използването на режими е, че всеки режим може да бъде много ярък. Това означава, че няма нужда да чакате дълги периоди от време всеки фотон отскача от обекта. Все пак трябва да го направите цикъл през много режими поотделно за изграждане на изображението. Въпреки че това забавя нещата, все още е огромно подобрение, осигуряване на скорост, достигаща около 10 кадъра в секунда (fps).

Забавянето е, защото всеки режим трябва да бъде създаден отделно, което обикновено става чрез използване на нещо като огледало, използвано в проектор. Огледалото на проектора може да създава около 22 000 режима в секунда, докато изображението от 1024 пиксела изисква около 2048 режима за осигуряване на точност.

За да стигнат до 1,000fps, изследователите изоставиха огледалото от a проекторна система и реши просто да използва масив от 1,024 светлини (LED). Всеки светодиод може да бъде превключен за няколко наносекунди, давайки a потенциално много по-висока честота на кадрите Мрежата от светлини беше контролира се с помощта на персонализиран контролер, който може да произведе 500 000 режими в секунда, което дава на изследователите основна честота на кадрите от 250fps.

Но след като знаете малко за обекта, който изобразявате, вие може да разбере кои режими са важни и кои не. Най- изследователите прилагат това, използвайки еволюционен алгоритъм, който заема режимите, които са били най-доминиращи в предишното изображение и добавя в произволна извадка от други режими за бързо сближаване с образ. Това им позволи да намалят броя на режимите за 1024 пикселно изображение от 2048 до 512, увеличавайки честотата на кадрите до впечатляващи 1000 кадъра в секунда.

В статичните изображения, разбира се, това не е много впечатляващо. Така че изследователите също така са изобразявали движещи се сцени. Там камерата от 1000 кадъра в секунда надмина значително по-бавните настройки на честотата на кадрите (като очакван).

Изследователите също направиха доста погрешно сравнение с нормално камера. Това е лошо сравнение, защото нормалната камера не беше способна да работи със скорост 1000 кадъра в секунда и при нормалната си честота на кадрите (50fps), той не може да работи със скорост на затвора, равна на 1,000fps. Така че, разбира се, получените изображения са добри и истински замъглено.

Но това не влошава общите резултати. Да, там са камери там, които имат по-бързи скорости на кадрите и камери по-висока разделителна способност. Този вид образна система обаче би могъл достигат по-висока честота на кадрите. И е особено подходящ за някои видове микроскопия, които в момента имат доста бавна рамка проценти и биха се възползвали от този вид техника. Така че, да, това е вид система за изображения, която ще има своето място в пантеон от камери – въпреки че не е призрачен образ Повече ▼.

Optics Express, 2018, DOI: 10.1364 / OE.26.002427

Like this post? Please share to your friends:
Leave a Reply

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: