Ny kamera kan se runt hörnen

Under de senaste åren har enpixelkameror börjat revolutionera bildbehandlingsområdet. Dessa kontraintuitiva enheter producerar högupplösta bilder med en enda pixel för att detektera ljus. De behöver inga linser, bilderna har ingen av de förvrängningar som linser ger, och hela bilden är alltid i fokus. Fysiker har använt dem för att göra filmer och till och med för att skapa 3D-bilder.

Och det väcker en intressant fråga: hur mycket mer kan dessa enheter göra?

Idag får vi ett slags svar tack vare arbetet av Bin Bai och co vid Xi'an Jiaotong University i Kina, som har byggt en enda pixelkamera som kan se runt hörnen. Deras nya enhet kan fotografera objekt även när de inte är direkt synliga.

Tekniken liknar den som används med andra enpixelkameror. Tricket är att först randomisera ljuset som pixeln upptäcker, registrera den resulterande ljusintensiteten och sedan upprepa denna process tusentals gånger.

Det är lätt att tro att denna randomisering gör uppgiften att skapa en bild ännu svårare, men det omvända är sant.

Randomiseringsprocessen ändrar ljusets intensitet varje gång pixeln registrerar det. Dessa skillnader i intensitet är inte slumpmässiga utan korrelerade istället med scenen framför pixeln. Så att producera en bild är helt enkelt en fråga om att utvinna denna data för att hitta korrelationen. Och ju mer data som samlas in, desto bättre blir bilden.

Så genom att registrera ljusets intensitet många gånger är det möjligt att skapa en högupplöst bild med en enda pixel.

Och det är så Bin och co har använt sin kamera för att titta runt hörn. Vad de menar med detta är att de har tagit fram en bild med hjälp av ljus från ett föremål som är utspritt från en vägg. Pixeln registrerar det spridda ljuset men kan inte se objektet direkt.

Inställningen är enkel. Teamet börjar med att belysa ett leksaksflygplan med ljus från en beamer som projicerar ett slumpmässigt mönster av upplysta rutor. Detta slumpmässiga mönster ändras med varje exponering.

Flygplanet står bredvid en vit diffus vägg som sprider ljus mot en enda pixel som annars inte kan se planet. Denna pixel registrerar ljusintensiteten från väggen. Teamet upprepar denna bildbehandlingsprocess cirka 50 000 gånger. Slutligen använder teamet en datautvinningsalgoritm för att krossa den resulterande datamängden och för att skapa bilden av planet som visas här.

Resultaten är imponerande. Alla resultat visar att enpixelkameran kan avbilda det diffusa objektet när kameran inte kan titta på objektet direkt, säger Bin och co.

Flygplanet syns tydligt på bilden och teamet säger att ytterligare förbättringar är möjliga genom att till exempel optimera algoritmen och genom att minska storleken på kvadraterna i det slumpmässiga mönstret av projicerat ljus. När storleken på fläckmönster blir mindre blir upplösningen på bilden högre, säger Bin och co.

En intressant fråga är hur snabbt det är möjligt att ta 50 000 bilder, eftersom detta sätter en viktig gräns för hur kameran kan avbilda rörliga föremål.

Det kinesiska teamet föreslår inte potentiella applikationer för enheten, men det är inte svårt att tänka på hur den kan användas. Enpixelkameror är små, enkla att tillverka och billiga att bygga.

På ett eller annat sätt är enpixelkameror inställda på att få betydande inverkan inom en inte alltför avlägsen framtid.

Ref: arxiv.org/abs/1612.07120 : Avbildning runt hörnen med enpixeldetektor från Computational Ghost Imaging

Dölj