Следующее поколение камер может видеть за стенами

0
58
Следующее поколение камер может видеть за стенами

Вы можете быть очень довольны технологией камеры в своем последнем смартфоне, который может распознать ваше лицо и взять видео с замедленным воспроизведением в ультравысокой четкости. Но эти технологические достижения - это только начало более масштабной революции.

Последние исследования камеры смещаются от увеличения количества мегапикселей в сторону слияния данных камеры с вычислительной обработкой. Таким образом, мы не имеем в виду стиль обработки как в Photoshop, где эффекты и фильтры добавляются к изображению, а скорее радикальный новый подход, когда входящие данные могут вообще не отображаться на изображении.

Это действие становится возможным, только после серии вычислительных шагов, которые часто связаны с сложной математикой и моделированием того, как свет проходит через сцену или камеру.

Этот дополнительный уровень вычислительной обработки магически освобождает нас от цепей обычных методов визуализации. В один прекрасный день нам больше не будут нужны камеры в привычном смысле этого слова. Вместо этого мы будем использовать световые детекторы, которые только несколько лет назад мы бы никогда не рассматривали для использования в качестве изображений.

И они смогут совершать невероятные вещи, например, видеть сквозь туман, внутри человеческого тела и даже за стенами.

Одиночные пиксельные камеры

Одиночные пиксельные камеры
Одиночные пиксельные камеры

Одним из свежих примеров является одиночная пиксельная камера, которая опирается на совершенно простой принцип. Типичные камеры используют множество пикселей (крошечные сенсорные элементы) для захвата сцены, которая, вероятно, освещена одним источником света. Но вы также можете делать что-то наоборот, захватывая информацию из многих источников света с помощью одного пикселя.

Для этого вам нужен контролируемый источник света, например простой проектор данных, который освещает сцену по одному пятну за раз или с помощью ряда различных шаблонов. Для каждого пятна освещения или рисунка, вы затем измеряете количество отраженного света и добавляете все вместе для создания окончательного изображения.

Очевидно, что недостаток фотосъемки заключается в том, что вам нужно отправить много пятен освещения или паттернов, чтобы создать одно изображение (которое займет всего один снимок с обычной камерой). Но эта форма изображения позволяла бы работать на длинных волнах света за пределами видимого спектра, где хорошие детекторы не могут быть превращены в камеры.

Эти камеры можно использовать для съемки фотографий через туман или густой падающий снег. Или они могут имитировать глаза некоторых животных и автоматически увеличивать разрешение изображения (количество деталей, которое он захватывает) в зависимости от того, что находится на сцене изображения.

Можно даже захватить изображения из легких частиц, которые никогда даже не взаимодействовали с объектом, который мы хотим сфотографировать. Это использовало бы идею «квантовой запутанности», что две частицы могут быть связаны таким образом, что все, что происходит с одной, происходит с другой, даже если они находятся на большом расстоянии друг от друга. Это имеет интригующие возможности для поиска объектов, свойства которых могут измениться при освещении.

Мультисенсорная визуализация

Однопиксельная визуализация одно из простейших новшеств в предстоящих технологиях камеры и полагается, на первый взгляд, на традиционную концепцию того, что формирует картину. Но в настоящее время мы наблюдаем всплеск интереса к системам, в которых используется много информации, а традиционные методы собирают лишь небольшую часть.

Именно здесь, мы могли бы использовать мультисенсорные подходы, которые включали бы множество разных детекторов, указывающих на одну и ту же сцену. Телескоп Хаббла был новаторским примером этого, создавая картины, сделанные из комбинаций многих разных изображений, сделанных на разных длинах волн.

Но теперь вы можете купить коммерческие версии такого рода технологий, такие как камера Lytro, которая собирает информацию об интенсивности света и направлении на том же датчике, чтобы создавать изображения, которые можно переориентировать после того, как изображение было снято.

Камера следующего поколения, вероятно, будет выглядеть примерно так же, как камера Light L 16, которая оснащена новаторскими технологиями, основанными на более чем десяти различных датчиках.

Их данные объединяются вместе с использованием компьютера, что обеспечивает 50 МБ, повторно фокусируемого и повторно масштабируемого изображения профессионального качества. Но это всего лишь первые шаги к созданию камер нового поколения, которые изменят способ мышления и принятия изображения.

Исследователи, также работают над проблемой видеть сквозь туман, за стенами, и даже над визуализацией глубоко внутри человеческого тела и мозга. Все эти технологии основаны на совмещении изображений с моделями, которые объясняют, как свет проходит через вещества или вокруг различных веществ.

Другой интересный подход, который набирает силу, основан на искусственном интеллекте, чтобы «научиться» распознавать объекты из данных.

Эти методы вдохновлены процессами обучения в мозге человека и, вероятно, будут играть важную роль в будущих системах визуализации.

Технологии с одним фотоном и квантовыми изображениями, также созрели до такой степени, что они могут снимать при невероятно низком уровне освещенности и видео с невероятно быстрыми скоростями, достигающими триллиона кадров в секунду. Этого достаточно, чтобы даже захватить изображения самого света, проходящего через сцену съемки.

Некоторым из этих приложений может потребоваться немного времени для полного развития, но теперь мы знаем, что основная физика должна позволить нам решать эти и другие проблемы с помощью умного сочетания новых технологий и вычислительной изобретательности.

Источник: https://techxplore.com/news/2018-01-cameras-walls.html