ابداع دوربین بدون عدسی با توان ثبت تصاویر سه‌بعدی در تاریکی
پژوهشگران دانشگاه نرمال شرق چین با بهره‌گیری از اصول کهن «دوربین سوراخ‌سوزنی»، سامانه‌ای نوین برای تصویربرداری مادون‌قرمز میانی ساخته‌اند که بدون استفاده از عدسی، تصاویر سه‌بعدی شفاف و دقیق تولید می‌کند. این فناوری می‌تواند در بینایی شب، پایش صنعتی و نظارت زیست‌محیطی تحولی بزرگ ایجاد کند.
نتایج نشان داد که با شعاع سوراخ حدود ۰/۲۰ میلی‌متر، می‌توان تصاویر دقیقی از اهدافی در فاصله‌های ۱۱، ۱۵ و ۱۹ سانتی‌متر ثبت کرد. حتی تا فاصله ۳۵ سانتی‌متر نیز وضوح تصاویر حفظ شد که بیانگر عمق میدان وسیع سامانه است.
این فناوری علاوه بر تصویر دوبعدی، قابلیت تصویربرداری سه‌بعدی را نیز نشان داد. در یکی از آزمایش‌ها، با استفاده از پالس‌های لیزری فوق‌سریع، شکل سه‌بعدی یک مجسمه سرامیکی با دقت میکرونی بازسازی شد. حتی با ورودی بسیار اندک (حدود ۱/۵ فوتون در هر پالس)، پس از حذف نویز مبتنی بر همبستگی، تصویر سه‌بعدی قابل قبول به دست آمد.
در روش دیگر، پژوهشگران با گرفتن دو تصویر از هدفی در فاصله‌های متفاوت، توانستند عمق اجسام را تا حدود ۶ سانتی‌متر اندازه‌گیری کنند، بدون آن‌که به تکنیک‌های پیچیده زمان‌بندی نیاز باشد.
اگرچه این سامانه هنوز در مرحله آزمایشگاهی و نیازمند تجهیزات لیزری بزرگ و پیچیده است، انتظار می‌رود با پیشرفت مواد غیرخطی و منابع نوری مجتمع، نسخه‌های کوچک‌تر و قابل‌حمل آن توسعه یابد. این تیم تحقیقاتی هم‌اکنون در حال کار روی افزایش سرعت، حساسیت و سازگاری سیستم برای کاربردهای گوناگون است؛ از جمله بهبود بازده تبدیل، ایجاد کنترل پویا بر سوراخ نوری و گسترش دامنه عملکرد به طیف‌های مادون‌قرمز گسترده‌تر. این فناوری نویدبخش آینده‌ای است که در آن سامانه‌های تصویربرداری مادون‌قرمز ارزان‌تر، کارآمدتر و قابل‌حمل‌تر شوند.
سامانه‌ای تازه برای تصویربرداری در محدوده مادون‌قرمز میانی توسط محققان توسعه یافته که بدون نیاز به عدسی قادر است تصاویر بسیار واضحی در شرایط نوری ضعیف و در فواصل گوناگون ارائه دهد.
به گزارش ایتنا و به نقل از سایتک‌دیلی، این نوآوری بر پایه اصل قدیمی «تصویرسازی سوراخ‌سوزنی» بنا شده که نخستین‌بار در قرن چهارم پیش از میلاد توسط فیلسوف چینی «موتسی» توصیف شد. در دوربین سوراخ‌سوزنی سنتی، نور از روزنه‌ای کوچک وارد جعبه‌ای تاریک می‌شود و تصویری وارونه بر سطح داخلی مقابل تشکیل می‌دهد. این روش برخلاف سیستم‌های عدسی، اعوجاج نداشته و عمق میدان نامحدود ارائه می‌کند.
پژوهشگران با بهره‌گیری از یک لیزر قدرتمند، «سوراخ نوری» یا دیافراگم مصنوعی را درون یک بلور غیرخطی ایجاد کرده‌اند. این بلور به دلیل ویژگی‌های اپتیکی خاص خود، تصویر مادون‌قرمز را به نور مرئی تبدیل می‌کند تا توسط دوربین‌های سیلیکونی رایج ثبت شود.
بلور ویژه‌ای با ساختار تناوبی تغییر‌یافته به کار گرفته شد که توانایی پذیرش نور از زوایای مختلف را دارد و میدان دیدی گسترده ایجاد می‌کند. همچنین روش «تبدیل به بالا» باعث کاهش نویز شده و امکان کار در شرایط نور بسیار کم را فراهم می‌سازد.
به گزارش ایتنا و به نقل از سایتک‌دیلی، این نوآوری بر پایه اصل قدیمی «تصویرسازی سوراخ‌سوزنی» بنا شده که نخستین‌بار در قرن چهارم پیش از میلاد توسط فیلسوف چینی «موتسی» توصیف شد. در دوربین سوراخ‌سوزنی سنتی، نور از روزنه‌ای کوچک وارد جعبه‌ای تاریک می‌شود و تصویری وارونه بر سطح داخلی مقابل تشکیل می‌دهد. این روش برخلاف سیستم‌های عدسی، اعوجاج نداشته و عمق میدان نامحدود ارائه می‌کند.
پژوهشگران با بهره‌گیری از یک لیزر قدرتمند، «سوراخ نوری» یا دیافراگم مصنوعی را درون یک بلور غیرخطی ایجاد کرده‌اند. این بلور به دلیل ویژگی‌های اپتیکی خاص خود، تصویر مادون‌قرمز را به نور مرئی تبدیل می‌کند تا توسط دوربین‌های سیلیکونی رایج ثبت شود.
بلور ویژه‌ای با ساختار تناوبی تغییر‌یافته به کار گرفته شد که توانایی پذیرش نور از زوایای مختلف را دارد و میدان دیدی گسترده ایجاد می‌کند. همچنین روش «تبدیل به بالا» باعث کاهش نویز شده و امکان کار در شرایط نور بسیار کم را فراهم می‌سازد.
نتایج نشان داد که با شعاع سوراخ حدود ۰/۲۰ میلی‌متر، می‌توان تصاویر دقیقی از اهدافی در فاصله‌های ۱۱، ۱۵ و ۱۹ سانتی‌متر ثبت کرد. حتی تا فاصله ۳۵ سانتی‌متر نیز وضوح تصاویر حفظ شد که بیانگر عمق میدان وسیع سامانه است.
این فناوری علاوه بر تصویر دوبعدی، قابلیت تصویربرداری سه‌بعدی را نیز نشان داد. در یکی از آزمایش‌ها، با استفاده از پالس‌های لیزری فوق‌سریع، شکل سه‌بعدی یک مجسمه سرامیکی با دقت میکرونی بازسازی شد. حتی با ورودی بسیار اندک (حدود ۱/۵ فوتون در هر پالس)، پس از حذف نویز مبتنی بر همبستگی، تصویر سه‌بعدی قابل قبول به دست آمد.
در روش دیگر، پژوهشگران با گرفتن دو تصویر از هدفی در فاصله‌های متفاوت، توانستند عمق اجسام را تا حدود ۶ سانتی‌متر اندازه‌گیری کنند، بدون آن‌که به تکنیک‌های پیچیده زمان‌بندی نیاز باشد.
اگرچه این سامانه هنوز در مرحله آزمایشگاهی و نیازمند تجهیزات لیزری بزرگ و پیچیده است، انتظار می‌رود با پیشرفت مواد غیرخطی و منابع نوری مجتمع، نسخه‌های کوچک‌تر و قابل‌حمل آن توسعه یابد. این تیم تحقیقاتی هم‌اکنون در حال کار روی افزایش سرعت، حساسیت و سازگاری سیستم برای کاربردهای گوناگون است؛ از جمله بهبود بازده تبدیل، ایجاد کنترل پویا بر سوراخ نوری و گسترش دامنه عملکرد به طیف‌های مادون‌قرمز گسترده‌تر. این فناوری نویدبخش آینده‌ای است که در آن سامانه‌های تصویربرداری مادون‌قرمز ارزان‌تر، کارآمدتر و قابل‌حمل‌تر شوند.
*
