دوربین یک پیکسلی، انقلابی در تصویربرداری هولوگرافیک/ عبور از نور مرئی و دیدن پشت اجسام

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان تکنیک جدیدی برای ضبط فیلم‌های سه‌بعدی با استفاده از یک پیکسل ابداع کرده‌اند.

دانشگاه کوبه در ژاپن این دوربین جدید را توسعه داده است که می‌تواند تصویربرداری را پیشرفت دهد و دریچه‌ای به سوی میکروسکوپی ویدیویی هولوگرافیک بگشاید.

میکروسکوپ ویدیویی هولوگرافیک یک روش تصویربرداری پیشرفته است که امکان مشاهده و تجزیه و تحلیل سه‌بعدی و بلادرنگ اشیاء میکروسکوپی را فراهم می‌کند.

دستگاه ضبط با سرعت بالا

یکی از جا‌هایی که معمولاً هولوگرام‌ها را می‌بینید، روی کارت‌های اعتباری است که به عنوان یک ویژگی امنیتی جالب استفاده می‌شوند، یا حتی روی اسکناس‌ها.

اما هولوگرام‌ها چیز‌های بسیار بیشتری برای ارائه دارند و نقش‌های علمی حیاتی در حوزه‌هایی مانند حسگر‌های پیشرفته و میکروسکوپی ایفا می‌کنند.

در میکروسکوپ ویدیویی هولوگرافیک، هولوگرام‌های ذرات میکروسکوپی در توالی‌های ویدیویی ضبط می‌شوند. سپس این فریم‌های ویدیویی با استفاده از تکنیک پراکندگی نور، پیکسل به پیکسل تجزیه و تحلیل می‌شوند.

معمولاً هولوگرام‌ها برای ثبت به لیزر نیاز دارند. روش‌های جدیدتر اکنون به آنها اجازه می‌دهند تا با استفاده از نور محیط یا نور مستقیم از نمونه، ثبت شوند.

در حال حاضر، دو تکنیک اصلی برای ثبت هولوگرام‌ها FINCH و OSH هستند.

اگرچه FINCH به لطف حسگر تصویر دوبعدی خود برای فیلمبرداری به اندازه کافی سریع است، اما فقط می‌تواند با نور مرئی کار کند و نیاز به دید بدون مانع از نمونه دارد.

سپس OSH (هولوگرافی تک پیکسلی) وجود دارد که می‌تواند از میان محیط‌های پراکنده ببیند و حتی از نور خارج از طیف مرئی استفاده کند - تصور کنید که از میان بافت‌ها ببینید. نکته؟ OSH فوق‌العاده کند بوده و آن را برای اشیاء متحرک غیرعملی می‌کند.

اما چه می‌شود اگر بتوانید بهترین‌های هر دو دنیا را با هم ترکیب کنید؟ این دقیقاً همان چیزی است که دکتر یونِدا نارو و تیمش برای رسیدن به آن تلاش کردند. هدف، غلبه بر محدودیت‌های سرعت OSH بود.

راه حل آنها شامل چیدمانی با استفاده از یک «دستگاه میکروآینه دیجیتال» پرسرعت برای تاباندن الگو‌های هولوگرافیک مورد نیاز بر روی جسم بود.

دکتر یوندا توضیح می‌دهد که این دستگاه با فرکانس بسیار بالای ۲۲ کیلوهرتز کار می‌کند.

یوندا اظهار داشت: «این دستگاه با سرعت ۲۲ کیلوهرتز کار می‌کند، در حالی که دستگاه‌های قبلی دارای سرعت تازه‌سازی ۶۰ هرتز بودند. این تفاوت سرعت معادل تفاوت بین یک فرد مسن که در حال قدم زدن آرام است و یک قطار سریع‌السیر ژاپنی است.»

مشاهده بیولوژیکی سه‌بعدی

این مطالعه قابلیت‌های دوگانه‌ی سیستم آنها را از طریق نمایش‌های تجربی اثبات کرد.

این دستگاه می‌تواند تصاویر سه‌بعدی از اشیاء متحرک را ضبط کند و مهم‌تر از همه، به عنوان یک میکروسکوپ برای ضبط فیلم‌های هولوگرافیک حتی از طریق مواد پراکنده‌کننده نور مانند جمجمه موش عمل کند.

این تیم می‌گوید که نرخ فریم فعلی پایین است (کمی بیش از یک فریم در ثانیه).

با این حال، یک تکنیک فشرده‌سازی به نام «نمونه‌برداری پراکنده» - که از ثبت مداوم هر بخش از تصویر جلوگیری می‌کند - می‌تواند آن را تا ۳۰ هرتز افزایش دهد و به کیفیت ویدیوی استاندارد دست یابد.

کاربرد‌های بالقوه آن بسیار زیاد است، به خصوص در پزشکی و زیست شناسی. تصور کنید که فرآیند‌های فعال درون بافت‌های زنده را بدون روش‌های تهاجمی مشاهده کنید.

این محقق اظهار داشت: «ما انتظار داریم که این روش برای مشاهدات بیولوژیکی سه‌بعدی با حداقل تهاجم به کار گرفته شود، زیرا می‌تواند اجسامی را که در پشت یک محیط پراکنده حرکت می‌کنند، تجسم کند.»

البته، چالش‌ها همچنان پابرجا هستند. مورد بعدی در دستور کار، افزایش تعداد نقاط نمونه‌برداری و بهبود کیفیت تصویر است.

یوندا افزود: «برای این منظور، اکنون در تلاشیم الگو‌هایی را که بر روی نمونه‌ها منعکس می‌کنیم، بهینه کنیم و از الگوریتم‌های یادگیری عمیق برای تبدیل داده‌های خام به تصویر استفاده کنیم.»

یکی دیگر از پیشرفت‌های اخیر در فناوری هولوگرافیک، مستقیماً از داستان‌های علمی تخیلی بیرون آمده است. یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه دولتی ناوارا اسپانیا (UPNA) با موفقیت گرافیک‌های سه‌بعدی را توسعه دادند که در هوا شناور هستند و می‌توان آنها را با دست دستکاری کرد.

علاوه بر این، محققان کره‌ای در حال گام برداشتن به سوی آینده‌ای هستند که در آن ویدیو‌های دوبعدی معمولی می‌توانند به هولوگرام‌های سه‌بعدی شناور و بلادرنگ تبدیل شوند و ما را به یک تجربه مشاهده علمی تخیلی نزدیک‌تر کنند.