नया होलोग्राफिक कैमरा उच्च परिशुद्धता के साथ अदृश्य दिखता है: डिवाइस चारों ओर देख सकता है

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नया होलोग्राफिक कैमरा उच्च परिशुद्धता के साथ अदृश्य दिखता है: डिवाइस चारों ओर देख सकता है

नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने एक नया उच्च-रिज़ॉल्यूशन कैमरा खोजा है जो अदृश्य को देख सकता है – जिसमें आसपास के कोण और बिखरने वाले मीडिया जैसे कि त्वचा, कोहरा या संभवतः एक मानव खोपड़ी भी शामिल है।

कृत्रिम तरंग दैर्ध्य होलोग्राफी कहा जाता है, नई विधि अप्रत्यक्ष रूप से छिपी हुई वस्तुओं पर संगत प्रकाश को बिखेरकर काम करती है, जो फिर से बिखर जाती है और कैमरे पर वापस आ जाती है। वहां से, एक एल्गोरिथ्म छिपी हुई वस्तुओं को प्रकट करने के लिए बिखरे हुए प्रकाश संकेत को फिर से संगठित करता है। अपने उच्च अस्थायी रिज़ॉल्यूशन के कारण, सिस्टम में तेज़ गति वाली वस्तुओं की छवियों को कैप्चर करने की क्षमता भी होती है, जैसे कि छाती से धड़कता हुआ दिल या सड़क के कोने के आसपास तेज़ गति वाली कार।

अध्ययन 17 नवंबर को पत्रिका में प्रकाशित किया जाएगा प्रकृति संचार।

बाधाओं या बिखरने वाले मीडिया के पीछे वस्तुओं की इमेजिंग के अपेक्षाकृत नए अनुसंधान क्षेत्र को गैर-लाइन-ऑफ-साइट (एनएलओएस) इमेजिंग कहा जाता है। संबंधित एनएलओएस इमेजिंग तकनीकों की तुलना में, नॉर्थवेस्ट विधि सबमिलीमीटर सटीकता के साथ बड़े क्षेत्रों की पूर्ण-क्षेत्र छवियों को जल्दी से कैप्चर कर सकती है। संकल्प के इस स्तर के साथ, कम्प्यूटेशनल कैमरा संभावित रूप से त्वचा के माध्यम से छवियों को काम पर सबसे छोटी केशिकाओं को देखने के लिए ले सकता है।

जबकि विधि में गैर-आक्रामक चिकित्सा इमेजिंग, ऑटोमोबाइल के लिए प्रारंभिक चेतावनी नेविगेशन सिस्टम, और कड़े सीमित स्थानों में औद्योगिक निरीक्षण के लिए स्पष्ट क्षमता है, शोधकर्ताओं का मानना ​​​​है कि संभावित अनुप्रयोग अंतहीन हैं।

अध्ययन के पहले लेखक नॉर्थवेस्टर्न के फ्लोरियन विलोमिट्जर ने कहा, “हमारी तकनीक इमेजिंग क्षमताओं की एक नई लहर की शुरुआत करेगी।” “हमारा वर्तमान सेंसर प्रोटोटाइप दृश्यमान या अवरक्त प्रकाश का उपयोग करता है, लेकिन सिद्धांत सार्वभौमिक है और इसे अन्य तरंग दैर्ध्य तक बढ़ाया जा सकता है। उदाहरण के लिए, अंतरिक्ष अन्वेषण या पानी के नीचे ध्वनिक इमेजिंग के लिए रेडियो तरंगों पर एक ही विधि लागू की जा सकती है। बहुत कुछ लागू किया जा सकता है लोगों का। क्षेत्र, और हम सिर्फ सतह को खरोंच रहे हैं। “

विलोमिट्जर नॉर्थवेस्टर्न में मैककॉर्मिक स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग में इलेक्ट्रिकल और कंप्यूटर इंजीनियरिंग के शोध सहायक प्रोफेसर हैं। नॉर्थवेस्टर्न सह-लेखकों में ओलिवर कोसार्ट, कंप्यूटर विज्ञान और इलेक्ट्रिकल और कंप्यूटर इंजीनियरिंग के एसोसिएट प्रोफेसर और एक पूर्व पीएच.डी. शामिल हैं। छात्र फेंग्कियांग लिमिटेड नॉर्थवेस्टर्न शोधकर्ताओं ने दक्षिणी मेथोडिस्ट विश्वविद्यालय, प्रसन्ना रंगराजन, मुरलीधर बालाजी और मार्क क्रिस्टेंसन के सभी शोधकर्ताओं के साथ मिलकर काम किया।

बिखरी हुई रोशनी को रोकना

मानव शरीर इमेजिंग के विपरीत कोने के चारों ओर देखना एक बहुत ही अलग चुनौती की तरह लग सकता है, लेकिन विलोमिट्जर ने कहा कि वे वास्तव में निकट से संबंधित हैं। दोनों बिखरने वाले मीडिया से निपटते हैं, जिसमें प्रकाश किसी वस्तु से टकराता है और इस तरह फैल जाता है कि वस्तु की सीधी छवि अब दिखाई नहीं देती है।

“यदि आपने कभी अपने हाथ से टॉर्च जलाने की कोशिश की है, तो आपने इस घटना का अनुभव किया है,” विलोमिट्जर ने कहा। “आप अपने हाथ के दूसरी तरफ एक उज्ज्वल स्थान देखते हैं, लेकिन, सैद्धांतिक रूप से, छाया आपकी हड्डियों के माध्यम से गिरनी चाहिए, जिससे हड्डी की संरचना का पता चलता है। इसके बजाय, हड्डियों से गुजरने वाली रोशनी ऊतक के भीतर सभी दिशाओं में बिखरी हुई है। अस्पष्ट।”

लक्ष्य, छिपी हुई वस्तु को प्रकट करने के लिए अपने यात्रा समय के बारे में अंतर्निहित जानकारी का पुनर्निर्माण करने के लिए बिखरी हुई रोशनी को रोकने के लिए है। लेकिन वह अपनी चुनौती खुद पेश करता है।

“कुछ भी प्रकाश की गति से तेज नहीं है, इसलिए यदि आप उच्च परिशुद्धता के साथ प्रकाश की यात्रा के समय को मापना चाहते हैं, तो आपको एक अत्यंत तेज़ डिटेक्टर की आवश्यकता है,” विलोमिट्जर ने कहा। “ऐसा डिटेक्टर बहुत महंगा हो सकता है।”

संगत तरंगें

एक तेज़ डिटेक्टर की आवश्यकता को समाप्त करने के लिए, विलोमित्ज़र और उनके सहयोगियों ने कृत्रिम प्रकाश तरंगों का उत्पादन करने के लिए दो लेज़रों से प्रकाश तरंगों को मिला दिया, जिन्हें विशेष रूप से विभिन्न बिखरने वाले परिदृश्यों में होलोग्राफिक इमेजिंग के लिए अनुकूलित किया जा सकता था।

“यदि आप किसी वस्तु के पूरे प्रकाश क्षेत्र को होलोग्राम में कैद कर सकते हैं, तो आप वस्तु के त्रि-आयामी आकार को उसकी संपूर्णता में फिर से बना सकते हैं,” विलोमिट्जर ने समझाया। “हम इस होलोग्राफिक इमेजिंग को एक कोने के आसपास या तितर बितर करके करते हैं – सामान्य प्रकाश तरंगों के बजाय सिंथेटिक तरंगों के साथ।”

वर्षों से, छिपी हुई वस्तुओं की छवियों को पुनर्प्राप्त करने के लिए कई एनएलओएस इमेजिंग प्रयास किए गए हैं। लेकिन इन विधियों में आमतौर पर एक या अधिक समस्याएं होती हैं। उनके पास या तो कम रिज़ॉल्यूशन है, बहुत छोटा कोणीय क्षेत्र है, जिसमें बिखरे हुए प्रकाश संकेत को मापने के लिए समय लेने वाले रेखापुंज स्कैन या बड़े जांच क्षेत्रों की आवश्यकता होती है।

नई तकनीक, हालांकि, इन मुद्दों पर काबू पाती है और कोनों के आसपास इमेजिंग के लिए पहली विधि है और मीडिया को बिखराती है जो उच्च स्थानिक संकल्प, उच्च अस्थायी संकल्प, एक छोटा जांच क्षेत्र और एक विस्तृत कोणीय क्षेत्र को जोड़ती है। इसका मतलब यह है कि कैमरा कसकर संलग्न स्थानों में छोटी विशेषताओं के साथ-साथ उच्च रिज़ॉल्यूशन वाले बड़े क्षेत्रों में छिपी हुई वस्तुओं की छवि बना सकता है – यहां तक ​​​​कि वस्तुओं को हिलाने पर भी।

‘दीवारों को शीशों में बदलो’

चूँकि प्रकाश केवल सीधे रास्तों पर चलता है, इसलिए एक अपारदर्शी अवरोध (जैसे कि दीवार, झाड़ी, या ऑटोमोबाइल) नए उपकरण के कोनों के चारों ओर देखने के लिए मौजूद होना चाहिए। सेंसर यूनिट से प्रकाश उत्सर्जित होता है (जिसे कार के ऊपर लगाया जा सकता है), बैरियर से उछलता है, फिर कोने के आसपास की वस्तु से टकराता है। प्रकाश फिर बैरियर पर वापस आ जाता है और अंततः सेंसर यूनिट के डिटेक्टर पर वापस आ जाता है।

“यह ऐसा है जैसे हम दुनिया को सतह के दृष्टिकोण से देखने के लिए हर दूरस्थ सतह पर आभासी कम्प्यूटेशनल कैमरे लगा सकते हैं,” विलोमिट्जर ने कहा।

उन लोगों के लिए जो सड़क पर पहाड़ों के माध्यम से ड्राइव करते हैं या ग्रामीण जंगल में सांपों को मारते हैं, यह विधि मोड़ के आसपास अन्य कारों या हिरणों को दृष्टि से हटाकर दुर्घटनाओं को रोक सकती है। “यह तकनीक दीवारों को दर्पण में बदल देती है,” विलोमिट्जर ने कहा। “यह बेहतर हो जाता है क्योंकि यह तकनीक रात में और कोहरे के मौसम में भी काम कर सकती है।”

इस तरह, उच्च-रिज़ॉल्यूशन तकनीक चिकित्सा और औद्योगिक इमेजिंग के लिए एंडोस्कोप को प्रतिस्थापित (या पूरक) कर सकती है। एक लचीले कैमरे की आवश्यकता के बजाय, कृत्रिम तरंग दैर्ध्य की होलोग्राफी, उदाहरण के लिए, कोणों को घुमाने और तंग स्थानों के माध्यम से घुमाने में सक्षम कॉलोनोस्कोपी के लिए, आंत के अंदर कई गुना देखने के लिए प्रकाश का उपयोग कर सकते हैं।

इसी तरह, कृत्रिम तरंग दैर्ध्य होलोग्राफी औद्योगिक उपकरणों के अंदर छवि बना सकती है, जबकि यह अभी भी चल रहा है – एक ऐसा काम जो वर्तमान एंडोस्कोप के लिए असंभव है।

“यदि आपके पास एक चलने वाला टरबाइन है और आप अंदर दोषों का निरीक्षण करना चाहते हैं, तो आप आमतौर पर एक एंडोस्कोप का उपयोग करेंगे,” विलोमिट्जर ने कहा। “लेकिन कुछ दोष केवल तब दिखाई देते हैं जब डिवाइस गति में होता है। आप एंडोस्कोप का उपयोग नहीं कर सकते हैं और चलते समय टरबाइन को सामने से देख सकते हैं। हमारे सेंसर एक मिलीमीटर से छोटी संरचनाओं का पता लगाने के लिए चल रहे टरबाइन के अंदर देख सकते हैं।”

हालांकि तकनीक वर्तमान में एक प्रोटोटाइप है, विलोमिट्जर का मानना ​​​​है कि अंततः दुर्घटनाओं से बचने के लिए ड्राइवरों द्वारा इसका उपयोग किया जाएगा। उन्होंने कहा, “इससे पहले कि हम कारों में निर्मित या चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए स्वीकृत ऐसे इमेजर्स को देखें, अभी भी एक लंबा रास्ता तय करना है।” “शायद 10 साल या उससे अधिक, लेकिन यह आएगा।”

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