التصوير في 1000 إطار في الثانية مع بكسل واحد

لا ، ليس هؤلاء الأشباح. تكبير / لا ، ليس هؤلاء الأشباح كريستمان

لأطول وقت ، ربما كان التصوير هو الأكثر مملة موضوع يمكن تصوره. إلا إذا كنت متحمساً لمقارنة مختلف العدسات ذات الإنتاج الضخم التي تحمل علامات تجارية ، لم يكن هناك الكثير لنتحدث عنه. التي تغيرت لفترة وجيزة مع اختراع الليزر ، ولكن كانت تكنولوجيا التصوير الفعلي لا يزال … نعم ، مملة.

في العقد الماضي أو نحو ذلك ، على الرغم من أن الأمور قد تغيرت بالفعل ، في جزء منه بسبب طرق جديدة للتفكير حول الصورة الحقيقية هو. العديد من الاختلافات الرائعة على التقليدية التصوير هو شيء يسمى التصويرghost. فكرة الشبح كان التصوير هو استخدام الطبيعة الكمومية للضوء لتصوير كائن من خلال الكشف عن الفوتونات التي لم تصادف بالفعل موضوع. هذه هي فكرة تهب العقل التي تم تطويرها الآن ل النقطة التي قد تكون في الواقع عملية في بعض الظروف – لا سيما عندما يمكنك الحصول على حوالي 1000 شبح الصور في الثانية الواحدة.

قراءة متعمقة

جعل صور الأشباح عن طريق الحصول على ضوء الشمس للعمل الكم

هل أشاهد أشباحًا أو أستخدم أشباحًا لأرى؟

استفادت الفكرة الأصلية وراء تصوير الأشباح من شيء ما دعا التشابك الكم. تخيل أن لدي فوتون واحد أنني شريحة إلى اثنين من الفوتونات. لأن الكون لا يخلق أو تدمير أشياء مثل الطاقة ، والزخم ، أو الزخم الزاوي ، و الطاقة الموجودة في الفوتونين يجب أن نلخص قيمة الطاقة الواردة من الفوتون الأول.

الطاقة الكلية ، ومع ذلك ، يمكن تقسيمها بالطريقة التي نحبها. إذا كانت هذه فيزياء كلاسيكية ، والتي ستكون نهاية القصة: فوتونان لكل منهما طاقة ، إجماليها ثابت القيمة. في ميكانيكا الكم ، ومع ذلك ، لا يمكننا معرفة الفوتون لديه أي طاقة. والنتيجة هي أن كلا الفوتونات يتصرفان كما لو لدينا كل الطاقات الممكنة في نفس الوقت. وينطبق الشيء نفسه الزخم والزخم الزاوي.

وهما متشابكان أيضا ، مما يعني أنه إذا قمت بقياس طاقة فوتون واحد ، ثم أحصل على رقم واحد ، والثاني الفوتون ثم يأخذ على الفور الطاقة المناسبة. من ذاك لحظة ، يتصرف مثل الفوتون مع طاقة واحدة. هذا هو ما الذي يجعل التشابك الكمومي مميزًا.

يمكننا استخدام فوتونين مع هذا النوع من الترابط الشديد الملكية لجعل الصور. يذهب فوتون واحد مباشرة إلى الكاميرا ، بينما يرتد الآخر عن الجسم. الفوتون الذي ارتد يمكن بعد ذلك تسجيل الكائن باستخدام جهاز كشف ضوئي. ال يقوم المجرب بعد ذلك بما يلي: في كل مرة تسجل فيها الكاميرا الفوتون (تذكر ، هذه ليست الفوتونات التي تضرب كائن) و يذهب الكاشف الضوئي بينغ ، يمكنك الاحتفاظ صورة الكاميرا. يتم إلقاء صور الكاميرا المتبقية. الحصول على الصور المحفوظة أضاف لإنشاء صورة كاملة للكائن ، كل ذلك يعتمد على الضوء الذي لم يذهب في أي مكان بالقرب من الكائن.

قد تعتقد أن هذه عملية بطيئة إلى حد ما ، وسوف تكون كذلك حق. تخيل أن مصدر الفوتون المتشابك ينبعث منه مليون فوتون في الثانية (سيكون هذا متشابكًا ممتازًا مصدر الفوتون). من الفوتونات المرسلة إلى الكائن ، حوالي واحد في المئة منهم ترتد (تضيع البقية) ؛ من هذا واحد في المئة ، وربما واحد من بين ألف مستبعد على المسار الذي يرسل ذلك إلى الكاشف الضوئي. لذلك ، نحصل على حوالي 10 صور الكاميرا في ثانياً ، كل منها عبارة عن فوتون واحد يتم اكتشافه بواسطة بكسل واحد من جهاز استشعار الكاميرا. إذا كانت الكاميرا لديها مليون بكسل ، ثم نتوقع أن نحتاج حوالي 30 ساعة للحصول على بيانات كافية للاندماج في صورة واحدة.

هذا النوع من تمتص.

ما في الاسم؟

في وقت لاحق ، أدرك الباحثون أنك لا تحتاج إلى القيام به حقًا هذا النوع من التصوير مع الفوتونات واحدة. الفكرة التالية هي قليلا مجردة ، لكنها أساسية للعمل. الفوتونات تأتي دائما في شيء يسمى الوضع. في هذه الحالة ، يصف الوضع فقط الشكل المكاني للضوء – حيث توجد بقع مشرقة ومظلمة. يمكن وصف أي صورة على أنها مجموعة من الأنماط.

ماذا يعني هذا؟ بدلاً من إرسال أزواج من الفوتونات ، يمكنك استخدام مصدر ضوء شديد. يجب أن يكون هذا الضوء في الوضع المكاني الفردي ، الذي ينقسم بحيث يسافر لأسفل اثنين مسارات. في مسار واحد ، يتم اكتشاف الوضع مباشرة بواسطة مكشاف ضوئي. في المسار الثاني ، ينعكس الضوء عن الجسم وبعد ذلك يسجل كاشف ضوئي آخر مدى مشرق المنعكس الوضع – والذي يتطلب فقط بكسل واحد.

يمكن لجهاز الكمبيوتر بعد ذلك أخذ الإشارات واستخدامها تحديد مقدار مساهمة هذا الوضع في الصورة. إلى إنشاء صورة ، يمكنك ببساطة التنقل خلال العديد من الأوضاع كما كنت الرغبة ونلخص مساهماتهم. الآن ، بصراحة ، لا أعتقد ذلك هذا هو التصوير شبح حقا ، لأنك تعرف بالفعل الوضع (بما أنك تتحكم في مصدر الضوء) ، فلا تحتاج إلى ذلك كاشف يقيسها.

لهذا السبب قام الباحثون بإزالة هذا الكاشف والاتصال تقنية التصوير شبح الحسابية. يأخذ الباحثون معرفتهم للوضع المرسلة من قبل مصدر الضوء ثم استخدامها شدة الكاشف الضوئي أحادي البيكسل لتحديد كيف الكثير من هذا الوضع يساهم في الإشارة.

ما زلت لا أعتقد أنه يمكنك استدعاء هذا التصوير شبح ، بغض النظر من عدد الصفات التي تك على. يتم إنشاء الصورة مباشرة من الفوتونات التي ارتدت الكائن ، بالإضافة إلى حساب على أساس الوضع المكاني للحادث الضوء على عينة. بغض النظر عن ما تسمونه ، هو جميل بارد.

الأضواء الساطعة البراقة

ميزة استخدام وسائط هي أن كل وضع يمكن أن يكون جدا مشرق. هذا يعني أنه ليست هناك حاجة إلى الانتظار لفترات طويلة من الوقت كل الفوتون مستبعد الكائن. ومع ذلك ، لا يزال لديك ل التنقل بين الكثير من الأوضاع بشكل فردي لإنشاء الصورة. في حين أن هذا يبطئ الأمور ، إلا أنه لا يزال تحسينًا كبيرًا ، توفير سرعات تصل إلى حوالي 10 إطارات في الثانية (fps).

التباطؤ هو لأن كل وضع يحتاج إلى إنشاء بشكل منفصل ، والذي يتم عادة باستخدام شيء مثل المرآة المستخدمة في جهاز العرض. يمكن للمرآة العرض إنشاء حول 22000 أوضاع في الثانية الواحدة ، بينما تتطلب الصورة 1024 بكسل 2048 وسائط لضمان الدقة.

للوصول إلى 1000 إطار في الثانية ، تخلى الباحثون عن المرآة من نظام العرض وقررت مجرد استخدام مجموعة من 1024 أضواء (المصابيح). يمكن تبديل كل LED في عدد قليل من النانو ثانية ، مما يعطي أ يحتمل أن يكون معدل الإطار أعلى بكثير. كانت شبكة الأنوار تسيطر عليها باستخدام وحدة تحكم مخصصة يمكن أن تنتج 500،000 وسائط في الثانية الواحدة ، والتي تعطي الباحثين معدل الإطار الأساسي لل 250fps.

ولكن بمجرد أن تعرف بعض الشيء عن الكائن الذي تقوم بتصويره ، فأنت بذلك يمكن معرفة أي أوضاع مهمة والتي ليست كذلك. ال الباحثون تنفيذ هذا باستخدام خوارزمية تطورية ذلك يأخذ الأوضاع التي كانت الأكثر هيمنة في الصورة السابقة و يضيف في عينة عشوائية من وسائط أخرى لتتقارب بسرعة إلى صورة. هذا سمح لهم لتقليل عدد من وسائط ل 1024 صورة بكسل من 2048 إلى 512 ، مما يزيد من معدل الإطار إلى 1000fps مثيرة للإعجاب.

في الصور الساكنة ، بالطبع ، هذا ليس مؤثرًا جدًا. لذلك قام الباحثون أيضًا بتصوير مشاهد متحركة. هناك ، كاميرا 1000fps تفوقت على إعدادات معدل الإطار أبطأ بشكل ملحوظ (كما متوقع).

قام الباحثون أيضا مقارنة وهمية مع طبيعية الة تصوير. إنها مقارنة سيئة لأن الكاميرا العادية لم تكن كذلك قادرة على العمل في 1000fps ، وبمعدل الإطار العادي (50 إطارًا في الثانية) ، لا يمكن أن يعمل بسرعة مصراع مساوية لـ 1،000fps. لذلك ، بالطبع الصور التي حصلت عليها هي جيدة وحقيقية غير واضحة.

لكن هذا لا ينتقص من النتائج الإجمالية. نعم هناك هي الكاميرات التي لديها معدلات الإطار أسرع والكاميرات مع دقة أعلى. هذا النوع من نظام التصوير ، ومع ذلك ، يمكن الوصول إلى معدلات أعلى الإطار. وانها مناسبة بشكل خاص ل أنواع معينة من المجهر التي لديها حاليا إطار بطيء جدا معدلات وسوف تستفيد من هذا النوع من التقنية. اذن هذا هو نوع من نظام التصوير الذي سيكون له مكان في مجموعة من الكاميرات – على الرغم من أنها ليست شبح التصوير أكثر.

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: :???: :?: :!: