تاکنون برای تهیه تصاویری واضح می‌بایست از روش‌های چندپیکسلی استفاده می‌شد. پژوهشگرانی در دانشگاه رایس توانسته‌اند با به‌کارگیری فراماده‌ها و امواج میکروویو، از داده‌هایی بسیار کمتر تصاویری به‌وضوح تصاویر قبل بسازند.

روزهایی که در بخش امنیت فرودگاه با دست‌های بالا رفته ایستاده‌اید، به‌زودی به پایان می‌رسد. یک سیستم جدید عکسبرداری میکروویو روشی سریع و ارزان ارایه می‌دهد تا بتوان بدون شئ متحرک و پیچیده، داخل لباس‌ها و اشیاء را دید.
این سیستم جدید که در روز ۱۸ ژانویه در نشریه ساینس معرفی شده، از نوار نازک مسی به عنوان روزنه استفاده می‌کند تا بخشی از نور بسامد میکروویو را جمع‌آوری کند. فرایند ظریف ریاضی در کمتر از چند ثانیه، این داده را به یک عکس تبدیل می‌کند.

کوین کلی (Kevin Kelly) از دانشگاه رایس در هیوستون که در این پژوهش مشارکت نداشته، می‌گوید:«قطعا [این وسیله] جایگزینی ارزان‌تر و سریع‌تر برای روش‌های تصویربرداری فعلی است. می‌توانید پویشگر MRI یا PET را تصور کنید که به جای ۵۰ دقیقه باید حدود ۵ دقیقه در آن بنشینید.»

در دوربین دیجیتال، عدسی‌ها نور را در آرایه‌ای از پیکسل‌های آشکارساز متمرکز می‌کنند. جان هانت (John Hunt) فیزیکدان دانشگاه دوک که این کار جدید را هدایت کرد، می‌گوید: «اگر می‌خواهید تصویر یک میلیون پیکسلی داشته باشید، اساسا نیاز به یک میلیون آشکارساز دارید. این روش چند پیکسلی–چندآشکارسازی با میکروویو کار نمی‌کند، زیرا این امواج بلندتر از بخش مرئی طیف الکترومغناطیس هستند. بنابراین عکسبردارهای میکروویو – که مثلا در سیستم‌های اجتناب از تصادف به خاطر توانایی دید در مه و باران به کار می‌روند – آشکارسازی دارند که باید با کمک دنده‌های گران و پیچیده، به‌کندی در امتداد یک صفحه حرکت نماید.

این سیستم عکسبرداری جدید نیز از یک آشکاگر استفاده می‌کند. اما روزنه مخصوص آن بدین معنی است که نیازی به اجزای متحرک نیست. پژوهشگران الگوهای بسیار کوچکی – مارپیچ‌ها و حلقه‌ها – در یک تکه بسیار نازک از مس حک کردند و آن‌را به فراماده تبدیل کردند. فراماده اغلب ترکیبی عجیب از مواد است که اجازه می‌دهند نور را دستکاری کنیم و آن‌ها را برای پنهان‌سازی‌ ایده‌آل می‌کند (اینجا). در حالی که برای اهداف پنهان‌سازی، ماده جهت نور را کنترل می‌کند، در مطالعه جدید روزنه فراماده، کنترل دقیق را روی بسامد نور برخوردی به آشکارساز فراهم می‌کند: تنها نوری با بسامد خاص می‌تواند از یک بخش خاص حک‌شده روی پرده فراماده عبور کند.

جان پندری (John Pendry) پیشتاز فرامواد از کالج سلطنتی لندن می‌گوید: «آن‌ها تنها با موج‌دار کردن صفحه‌ای از مس، می‌توانند میکروویو را کنترل کنند.»

با ارسال میکروویوهایی با بسامدهای متفاوت و ثبت بعضی از امواجی که باز می‌گردند و به آشکارساز می‌خورند و تبدیل این داده‌ها به الگوریتم‌های پیچیده، می‌توان با داده‌های کمتری از حد معمول، صحنه‌ای را درست کرد.

کلی که به ساخت اولین عکسبردار تک پیکسلی کمک کرد، می‌گوید: «به جای انتخاب مجموعه‌ای سازمان‌یافته از اندازه‌گیری‌ها، اگر آن‌ها را به شکل تصادفی انتخاب کنیم واقعا کارهای جالبی می‌توان انجام داد.»

سیستم جدید با استفاده از یک چهلم داده‌های موردنیاز برای ساخت عکس‌ مشابه، عکس‌هایی ساخته است. چنین فشرده‌سازی معمولا بعد از ایجاد عکس انجام می‌شود که نتیجه آن فایلی با قالب JPEG و GIF است اما این روش جدید از ابتدا با داده‌های کمتری آغاز می‌کند.
پندری می‌گوید: «این روش بسیار هوشمندانه‌ای است؛ برای نمونه‌گیری بسیار اقتصادی یک محیط. این پیشرفت بسیار هیجان‌انگیزی است.»

تاکنون، پژوهشگران تنها عکس‌هایی با صحنه‌های بسیار کنترل‌شده از اشیاء بازتابی گرفته‌اند که در اتاق‌هایی با دیواره‌های پادبازتاب صورت گرفته ‌است. اما هانت می‌گوید که این فناوری باید در هر جایی که اشیاء فلزی درخشان باشند، کار کند.  این روش می‌تواند منجر به وسایل ارزان و دستی شود که لوله‌ها و سیم‌های درون لیوان را ببیند. یا پلیس می‌تواند جلیقه‌ای با سطح عکسبردار بپوشد که چاقوی پنهان‌شده در جیب را ببیند. و این روش برای ویدیو نیز ممکن است : به زودی می‌توانید بدون این‌که بدانید پویش می‌شوید، از فرودگاه عبور کنید.

منبع: Trick of light makes microwave imaging simple

مراجع:

·       J. Hunt et al. Metamaterial apertures for computational imaging. Science. Vol. 339, January 18, 2013, p. 310. doi:10.1126/science.1230054

·       R. Ehrenberg. The digital camera revolution. Science News. Vol. 181, January 28, 2012, p. 22.

·       D. Strain. Invisibility cloaks hit the big time. Science News. Vol. 179, February 26, 2011, p.12.

·       A. Yeager. Cornering the terahertz gap. Science News. Vol. 175, March 28, 2009, p. 24.