Следующее поколение камер сможет видеть за стенами
Конечно же, мы можем быть довольны тем, насколько технологично устроены современные камеры в наших смартфонах, которые могут распознавать наши лица, а также снимать видео в “слоу-мо” (замедленной видеосъёмке) с ультравысокой четкостью изображения. Но эти технологии всего лишь закладывают начало пути в более масштабной революции прогресса.
Последние исследования в области разработки камер направлены на то, чтобы увеличить количество мегапикселей и ускорить процесс обработки данных, полученных с камер. Под обработкой данных, подразумевается не обработка данных в стиле Photoshop, применения фильтров и эффектов к изображению, а новый радикальный подход, когда полученные данные могут совсем отсутствовать на изображении. Само изображение появится после серии математических вычислений и моделировании того, как свет падает на сцену происходящего или попадает в объектив камеры.
Этот новый уровень в вычислительной обработке изображений, магическим способом может освободить наш разум от цепей обычных методов визуализации. В один прекрасный день нам больше не понадобятся камеры. Вместо этого мы будем использовать световые детекторы, которые несколько лет назад мы даже не могли рассматривать в качестве получения изображений. Они могут совершать невероятные вещи, например, видеть сквозь туман или внутри человеческого тела и даже за стенами.
Однопиксельная камера
Одним из экспериментальных примеров является однопиксельная камера, которая основана на одном простом принципе. Большинство обычных камер используют множество пикселей (крошечные сенсорные элементы) для захвата сцены, которая освещена всего лишь одним источником света. Но можно и поступить наоборот, захватить информацию поступающую из множества источников света, всего лишь при помощи одного пикселя.
Чтобы сделать так вам всего лишь нужен один контролируемый источник света, к примеру проектор, который освещает сцену один раз или же несколько раз по-разному в одном промежутке времени. После чего измеряется количество отраженного света каждого свечения и объединяется для создания окончательного изображения.
Принципиальная схема работы «однопиксельной камеры» (с)
Очевидно, что недостатком такой фотосъёмки является то, что вам нужно сделать огромное количество свечений за один промежуток времени, чтобы создать одно изображение (которое делает обычная камера). Такой вид фотосъёмки позволил бы создавать изображения, а также невозможные камеры, которые могли бы работать на длине волны света за пределами видимого спектра, и в которых могли бы использоваться новейшие детекторы.
Прочесть больше можно ЗДЕСЬ
Эти камеры можно было бы использовать для съёмки фотографий через туман или густо падающий снег. Также они могут имитировать глаза животных и автоматически увеличивать разрешение изображения (количество деталей захватываемых камерой) в зависимости от того, что будет находиться на сцене.
Фото взято тут (с)
Также возможно было бы получить изображения очень легких частиц, которые взаимодействуют с объектом. Все это позволило бы использовать идею «квантовой запутанности» - это такое явление, когда две частицы связаны друг с другом таким образом, что все что происходит с одной частицей, также происходит и с другой, даже если они находятся на огромном расстоянии друг от друга.
Не правда ли что это очень интригует, а также открывает дополнительные возможности для поиска объектов, свойства которых могут изменяться при освещении, например, как глаз? Может ли сетчатка глаза быть одинаковой в темноте и на свету?
Мультисенсорное изображение
Однопиксельное изображение – это одна из простых инноваций в технологии создания камер. На первый взгляд она основана на традиционной концепции формирования изображения. В настоящее время наблюдается огромный всплеск интереса к системам, в которых используется огромное количество информации, лишь часть которой могут обрабатывать традиционные технологии.
Именно поэтому необходимо использовать мультисенсорные методы, которые выключали бы в себя множество различных детекторов, направленных на одну и ту же сцену. Телескоп Хаббл был передовым примером этого. Он создавал изображения, сделанные из комбинации множества разных изображений, сделанных на разной длине волны.
На данный момент вы можете купить коммерческие версии устройств использующие данную технологию. Lytro камера – она способна собирать информацию об интенсивности света и направление его через сенсоры, а также может создавать изображения с изменением фокусировки после получения снимка.
Камеры следующего поколения скорее всего будут выглядеть также, как камера Light L16, которая оснащена передовыми технологиями, основанная на более десяти различных датчиков. Все данные обрабатываются одновременно с использованием встроенного компьютера, чтобы полученные 50 Мб информации, можно было изменять в фокусе, масштабе и для более четкого профессионального качества. Сама камера выглядит очень захватывающе, как картины Пикассо, или как интерпретация сумасшедшего камера-фона.
Все это лишь первые шаги к созданию камер нового поколения, которые изменят путь, по которому мы идем для получения изображений. Также исследователи усердно работают над проблемой видения сквозь туман, стены, и даже глубоко внутри человеческого тела и мозга. Все методы основаны на объединение изображений с моделями, которые объясняют, как свет проходит через или вокруг разных веществ.
Другой интересный метод, который сейчас набирает силу, основан на искусственном интеллекте, который “учиться” распознавать объекты из полученных данных. Эти технологии помогут объяснять, как устроены процессы работы человеческого мозга, и в свою очередь привнесут огромный вклад в будущие системы визуализации.
Технологии для получения изображений, связанные с использованием одного фотона и кванта, также работают в этих направлениях. Они смогут снимать с невероятно низким уровнем освещенности и записывать видео со скоростью достигающей в триллионы кадров в секунду. Этого достаточно, чтобы захватить изображение даже самого света, проходящего по сцене.
Совсем скоро мы сможем увидеть некоторые технологии в воплощенном виде, а главное теперь мы знаем, что основы физики помогут нам решить эти и другие проблемы с помощью сочетания новых технологий и вычислительной изобретательности.