پژوهش‌گران با استفاده از یک سیستم تصویربرداری ساده و بدون استفاده از هیچ‌نوع لنزی توانسته‌اند که تصاویری سه‌بعدی از یک مدل سر انسان بدست آورند.

سیستم تصویربرداری ساده‌ی سه بعدی که نیازی به دوربین‌های متعارف ندارد، توسط پژوهش‌گرانی از انگلستان توسعه داده شده است. تکنیک تصویربرداری محاسباتی از اطلاعات آشکارسازهای تک‌پیکسل برای ایجاد تصویر استفاده می‌کند. این روش در گستره‌ی وسیعی از طول‌موج‌ها قابل استفاده بوده و ارزانتر از سایر روش‌های سه‌بعدی است. این پژوهش‌گران مدعی هستند که سیستم آن‌ها علاوه بر گرفتن تصویر می‌تواند به عنوان یک آشکارساز در اکتشافات نفت و گاز و هم‌چنین برای تصویربرداری بیولوژیکی و پزشکی مورد استفاده قرار گیرد.

تصاویر بازسازی شده‌ی سر انسان

اغلب سیستم‌های تصویربرداری، از دوربین گرفته تا شبکیه چشم‌مان، تصاویر را به صورت دو بعدی ضبط و سپس با پردازش اطلاعات، آن‌ها را به صورت سه‌بعدی ایجاد می‌کنند. تکنیک‌های تصویربرداری سه‌بعدی بسیاری نظیر تصویربرداری‌های حجمی و هولوگرافی وجود دارند، اما گران هستند و به تجهیزات حجیم و خاصی مانند لنز یا لیزر نیاز دارند و علی‌رغم همه این تکنولوژی‌های پیشرفته، تنها برای نور در طول‌موج‌های خاصی کاربرد دارند.

تصویربرداری نورانی

بائوکینگ سان (Baoqing Sun)، مایلز پاگت (Miles Padgett) و دیگران از دانشگاه گلاسکو همراه با دیگر همکاران خود از دانشگاه کمبریج انگلستان تلاش کردند تا سیستم ساده‌ای را بسازند که بدون استفاده از دوربین یا هر لنزی، تصویربرداری را به صورت سه‌بعدی انجام دهند. سان می‌گوید که روش جدید این گروه شامل استفاده از ابزار خاصی نمی‌باشد جز یک پروژکتور نوری برای آشکارساز تک‌پیکسل و یک تکنیک تصویربرداری محاسباتی موسوم به «تصویربرداری شَبَه‌مانند» (ghost imaging).

در این روش برای ایجاد تصاویر از «تابش هوشمند» استفاده می‌شود. شیئی که قرار است تصویر آن گرفته شود، در معرض تابش نوری با الگوی خاصی (مانند الگوی نقطه‌ای) قرار داده می‌شود و نور بازتابیده با استفاده از یک آشکارساز فوتونی تک‌پیکسل آشکارسازی می‌شود. این دستگاه هیچ وضوح تصویر فضایی ندارد و صرفاً همه‌ی نور فرودی به خود را جمع‌آوری می‌کند. سپس سیگنال‌های چندگانه‌ای که با شدت نور آشکارساز تغییر می‌کنند، با استفاده از الگوی روشنایی پردازش می‌شوند تا تصویر نهایی ساخته شود. تاکنون این روش تنها برای ساخت تصاویر دو بعدی مورد استفاده قرار گرفته بود.

ساخت تدریجی ویژگی‌های سطحی

الگوهای شطرنجی

در این کار از یک پروژکتور ساده‌ی نوری برای پرتو افکندن به یک مدل سر انسان از جنس پلی‌استر با الگوهای نقطه‌ای تصادفی تولید شده به وسیله‌ی رایانه استفاده می‌شود. نور بازتابیده از سر انسان به وسیله‌ی چهار آشکارساز تک‌پیکسل که در چهار زاویه‌ی مختلف قرار داده شده‌اند، جمع‌آوری می‌شود. به لطف این الگوهای نقطه‌ای باینری که با الگوی شطرنجی به جسم پرتو می‌افکنند و تغییر زوایای آشکارسازها، این گروه قادر به دیدن سایه‌روشن واضح در نیمرخ تصاویر بود.

سان می‌گوید که حتی اگر ما تنها از یک پروژکتور برای پرتو افکنی به سر استفاده می‌کردیم، برای هر آشکارساز ما شاهد یک تصویر دو بعدی بودیم که به نظر می‌رسید از جهات مختلف به آن نور تابانده شده است. تصاویر منحصر به فردی با استفاده از یک الگوریتم تکرار شونده که این گروه ایجاد کرده است، بازسازی شدند. پژوهش‌گران با استفاده از سایه‌روشن تصاویر، بازتابندگی سطحی و تغییر عمق ویژگی‌هاس سطحی که می‌توانست به وجود آید، اندازه گرفتند. این سر سه بعدی با استفاده از یکپارچه‌سازی بیش از یک میلیون بار تکرار تصاویر بازسازی شد. سان هم‌چنین توضیح می‌دهد که الگوهای نقطه‌ای متفاوتی یکی بعد از دیگری تصویر شده است و اینکه هر چه اندازه‌ی الگوهای مورد استفاده بزگتر باشد، تصویر نهایی بهتر خواهد بود.

سراسر گستره

از لحاظ تطبیق این فن‌آوری جدید با کاربردهایی در دنیای واقعی، سان اشاره می‌کند که همه‌ی آزمایش‌ها تا به امروز در آزمایشگاه انجام شده است. او می‌گوید: «بنابراین اگر این کار در فضای بیرون زیر نور شدید آفتاب و یا هر محیط مشابهی انجام شود، ما مجبوریم سطوح بالای نویز را محاسبه کنیم و این کاری است که اکنون در حال انجام آن هستیم.» او توضیح می‌دهد که این سیستم به خوبی یک دوربین سه‌بعدی ارزان‌قیمت کار می‌کند و در مقایسه با دوربین‌های معمولی در سراسر گستره‌ی وسیع‌تری از طول‌موج‌ها قابل استفاده می‌باشد؛ از ماوراء بنفش تا مادون قرمز. این باعث استفاده از آن به عنوان یک آشکارساز در اکتشافات نفت و گاز می‌شود، جایی که فن‌آوری‌های سنجش از راه دور مادون قرمز جهت رؤیت ذخایر نفتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این گروه هم‌چنین علاقمند به همکاری با سایر پژوهش‌گران جهت توسعه‌ی این روش تصویربرداری سه‌بعدی به مقیاس تراهرتز است تا بتوان آن را جهت تصویربرداری بیولوژیکی و پزشکی مورد استفاده قرار داد و این چیزی است که پژوهش‌گران در حال حاضر مشغول انجام آن هستند. این پژوهش در مجله‌ی Science منتشر شده است.

منبع: http://physicsworld.com/cws/article/news/2013/may/17/ghostly-3d-images-taken-without-a-camera

مرجع:  http://www.sciencemag.org/content/340/6134/844