دیدن مانند یک پروانه؛ اختراعی که قابلیت دوربین ها را افزایش می دهد

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری اتاق زندگانی، البته این توانایی در دریافت اطلاعات نوری فقط مختص پروانه ها نیست نوعی میگو در دریاهای نیمکره شمالی نیز می تواند علاوه بر درک طیف وسیع تری از فرکانس های نوری حالت های چرخشی امواج آن را نیز حس کنند در واقع به نوعی یک کد رمز شده که به آنها کمک می کند جفت خود را پیدا کنند نیز دسترسی داشته باشند.

با الهام از این توانایی ها در قلمرو حیوانات، تیمی از محققان دانشگاهی در پنسیلوانیا یک المان نوری فوق نازک  «متاسطح» را توسعه داده اند که می تواند به یک دوربین معمولی متصل شود و داده های طیفی و قطبی تصاویر را همانند آنچه پروانه ها و میگوها دریافت می کنند را در یک دوربین رمزگذاری کند.

این تصویربرداری از طریق نانو ساختارهای کوچک آنتن مانند که ویژگی های اضافی موردنظر نور را در خود ذخیره می کنند و سپس به کمک الگوریتم های یادگیری ماشینی که توسط این تیم تحقیقاتی برای همین منظور طراحی شده اند به اطلاعات دیداری چندبعدی تبدیل شوند.

ژینگ جی نی، دانشیار مهندسی برق و نویسنده ارشد این تحقیق در این باره گفت: همان طور که قلمرو حیوانات به ما نشان می دهد، جنبه های اطلاعاتی نور فراتر از چیزی که با چشم هایمان می بینیم آنها حاوی اطلاعاتی هستند که می توانیم در کاربردهای مختلف از آن استفاده کنیم. برای انجام این کار، ما به طور مؤثر یک دوربین معمولی را با ادغام نانو ساختارهای کوچک خود که در آن تعبیه کردیم به یک دوربین قابل درک ابرطیفی-قطبی فشرده و سبک تبدیل کردیم.

او در این باره گفت که دوربین های ابرطیفی و پلاریمتری موجود که اغلب حجیم و گران هستند داده های طیفی یا قطبی تصاویر را می گیرند، اما نه هر دو را به طور هم زمان مشکلی که ما آن را حل کردیم در واقع در روش پیشنهادی ما هنگامی که تراشه جدید بین لنز و سنسور دوربین عکاسی قرار می گیرد با کمک فناوری های خاص که آن نیز ارزان است، هر دو نوع داده تصویربرداری را به طور هم زمان می گیریم و داده ها را بلافاصله برای رمزگشایی به رایانه منتقل می کنیم.

ژینگ جی نی می گوید که در مرحله بعد تصاویر خام باید رمزگشایی شوند تا اطلاعات طیفی و قطبی آنها آشکار شود. برای دستیابی به این هدف، بوفنگ لیو، دانشجوی دکتری مهندسی برق و یکی از نویسندگان مقاله، یک چارچوب یادگیری ماشینی ساخت که بر روی 1.8 میلیون تصویر با استفاده از تکنیک های افزایش داده آموزش داده شده بود.

لیو نیز در این باره می گوید:  ۲۸ فریم در ثانیه که عمدتاً در دوربین های عادی سرعت استاندارد و محدودکننده ای است می توانیم به سرعت اطلاعات طیفی و قطبی را با استفاده از شبکه عصبی خود بازیابی کنیم و این به ما امکان می دهد تا داده های تصویر را در زمان واقعی ضبط و مشاهده کنیم.

جالب است بدانید محققان در این روش ابداعی توانستند حتی تصاویری که فقط نوعی سوسک آمریکایی به دلیل انعکاس نور قطبی دایره ای می تواند مشاهده کنند را نیز دریافت کنند.

نی معتقد است به این روش همه می توانند حتی دوربین خود را به فروشگاه مواد غذایی ببرند عکس های فوری بگیرند و تازگی میوه ها و سبزیجات موجود در قفسه ها را قبل از خرید ارزیابی کنند زیرا دیگر پنجره ای به سوی دنیای نادیده که تا کنون در تیررس چشمان انسان ها نبود، باز شده است.

نی معتقد است در سایر کاربردهای این کشف حتی در کاربردهای زیست پزشکی،  اطلاعات ابرطیفی-قطبی را می توان برای تمایز مواد و خواص ساختاری بافت های بدن مورد استفاده قرار داد و به طور بالقوه به تشخیص سلول های سرطانی کمک کرد. حتی از روش می توان با تصویربرداری از اجسام دور مثلاً در منظومه شمسی به کیفیت و سایر اطلاعات مواد تشکیل دهنده آن ها دست یافت.