دیدن مانند یک پروانه؛ اختراعی که قابلیت دوربین‌ها را افزایش می‌دهد

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری پیشتاز، البته این توانایی در دریافت اطلاعات نوری فقط مختص پروانه‌ها نیست نوعی میگو در دریاهای نیمکره شمالی نیز می‌تواند علاوه بر درک طیف وسیع‌تری از فرکانس‌های نوری حالت‌های چرخشی امواج آن را نیز حس کنند در واقع به نوعی یک کد رمز شده که به آنها کمک می‌کند جفت خود را پیدا کنند نیز دسترسی داشته باشند.

با الهام از این توانایی‌ها در قلمرو حیوانات، تیمی از محققان دانشگاهی در پنسیلوانیا یک المان نوری فوق نازک  «متاسطح» را توسعه داده‌اند که می‌تواند به یک دوربین معمولی متصل شود و داده‌های طیفی و قطبی تصاویر را همانند آنچه پروانه‌ها و میگوها دریافت می‌کنند را در یک دوربین رمزگذاری کند.

این تصویربرداری از طریق نانو ساختارهای کوچک آنتن مانند که ویژگی‌های اضافی موردنظر نور را در خود ذخیره می‌کنند و سپس به کمک الگوریتم‌های یادگیری ماشینی که توسط این تیم تحقیقاتی برای این منظور طراحی شده‌اند به اطلاعات دیداری چندبعدی تبدیل شوند.

ژینگ‌ جی نی، دانشیار مهندسی برق و نویسنده ارشد این تحقیق در این باره گفت: همان‌طور که قلمرو حیوانات به ما نشان می‌دهد، جنبه‌های اطلاعاتی نور فراتر از چیزی که با چشم‌هایمان می‌بینیم آنها حاوی اطلاعاتی هستند که می‌توانیم در کاربردهای مختلف از آن استفاده کنیم. برای انجام این کار، ما به‌طور 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 دوربین‌های ابرطیفی و پلاریمتری موجود که اغلب حجیم و گران هستند داده‌های طیفی یا قطبی تصاویر را می‌گیرند، اما نه هر دو را به‌طور هم‌زمان مشکلی که ما آن را حل کردیم در واقع در روش پیشنهادی ما هنگامی که تراشه جدید بین لنز و سنسور دوربین عکاسی قرار می‌گیرد با کمک فناوری‌های خاص که آن نیز ارزان است، هر دو نوع داده تصویربرداری را به‌طور هم‌زمان می‌گیریم و داده‌ها را بلافاصله برای رمزگشایی به رایانه منتقل می‌کنیم.

ژینگ‌ جی نی می‌گوید 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 تکنیک‌های افزایش داده آموزش داده شده بود.

لیو نیز در این باره می‌گوید:  ۲۸ فریم در ثانیه که عمدتاً در دوربین‌های عادی سرعت استاندارد و محدودکننده‌ای است می‌توانیم به سرعت اطلاعات طیفی و قطبی را با استفاده از شبکه عصبی خود بازیابی کنیم و این به ما امکان می‌دهد تا داده‌های 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 دایره‌ای می‌تواند مشاهده کنند را نیز دریافت کنند.

نی معتقد است به این روش همه می‌توانند حتی دوربین خود را به فروشگاه مواد غذایی ببرند عکس‌های فوری بگیرند و تازگی میوه‌ها و سبزیجات موجود در قفسه‌ها را قبل از خرید ارزیابی کنند زیرا دیگر پنجره‌ای به سوی دنیای نادیده که تا کنون در تیررس چشمان انسان‌ها نبود، باز شده است.

نی معتقد است در سایر کاربردهای این کشف حتی در کاربردهای زیست پزشکی،  اطلاعات ابرطیفی-قطبی را می‌توان برای تمایز مواد و خواص ساختاری بافت‌های بدن مورد استفاده قرار داد و به‌طور بالقوه به تشخیص سلول‌های سرطانی کمک کرد. حتی از روش می‌توان با تصویربرداری از اجسام دور مثلاً در منظومه شمسی به کیفیت و سایر اطلاعات مواد تشکیل‌دهنده آن‌ها دست یافت.