Квантова камера може робити фотографії майже в повній темряві, їй потрібно менше одного фотона на піксель

Спектральні Тарсьє полюють майже в повній темряві - фото Девіда Кардинала

Не секрет, що камери швидко покращують зйомку зображень за слабкого освітлення. Дослідники з Університету Глазго підштовхнули цю тенденцію до створення візуатора, який може працювати з менше 1 фотона на піксель. Поєднуючи дві езотеричні технології - геральдування фотонів та стиснене зображення - команда досягла знаменного етапу, який на поверхні здається неможливим. Залишаючи осторонь величезну кількість математики та фізики, необхідних під ковдрами, сам процес насправді є досить простим і дуже розумним.

Перша половина дивної науки - віщування зображень, яке також називають 'зображенням привидів' - базується на тому, що називають оголошеними фотонами. За певних обставин пари квантово заплутаних фотонів можуть бути створені за допомогою процесу, званого спонтанним параметричним перетворенням (SPDC), а потім розділені. Більшу частину часу, коли ви виявляєте одне, можна виявити і інше. Виявлення першого фотона 'віщує' існування другого.



Експериментальне налаштування камери з використанням спарених фотонів разом із детектором одного пікселя та високошвидкісною камерою



Відображувач команди використовує роздільник променя, щоб відправити по одному з кожного пара фотонів, яку він створюєчерез об'єкт, що зображується (камера працює лише для створення зображень пропускаючих цілей), і до дуже чутливого однопіксельного детектора. Він відправляє іншого на високошвидкісну камеру. Детектор активується лише тоді, коли фотон відчувається, що проходить через цільовий об'єкт. Коли це відбувається, детектор подає сигнал на відкриття затвора камери - розташованого в кінці шляху іншого фотона від вихідної пари - приблизно на 15 наносекунд. Це достатньо довго, щоб записати положення другого - оголошеного - фотона, але досить коротке, щоб уникнути майже всіх фонових шумів. По суті, однопіксельний детектор діє як дуже високошвидкісний затвор для камери, так що він робить тільки фотони фотонів, які пройшли через ціль. Щоб забезпечити час, щоб сигнал спуску затвора надходив від детектора до камери, до шляху фотона до камери додається лінія затримки близько 70 наносекунд.

Це використання оголошених фотонів зменшує потребу світла в зображенні майже до одного фотона на піксель - хоча все ще залишається неминучий шум пострілу, який виникає при розподілі фотонів Пуассона. Стиснене зображення дозволяє знімачеві справлятися з цим шумом і ще більше розширювати межі - до менш ніж одного фотона на піксель. Спираючись на властиву надмірність інформації природним суб’єктам, стиснене зображення використовує інформацію частотної області - в даному випадку, породжену виконанням дискретного косинусного перетворення (DCT) на зображенні - для по суті реконструкції частин зображення, які не були безпосередньо захоплені. (Науково-дослідна робота: arXiv: 1408.6381 - “Зображення з невеликою кількістю фотонів”)



У цій парі зображень, наданих дослідниками, ви можете побачити користь техніки стиснення зображень. Зліва - зображення крила оси, захопленого з використанням близько 10 000 фотонів. Праворуч - це відновлена ​​версія після того, як інформація про частоту на зображенні оброблена, щоб створити „найімовірнішу” версію оригінального предмета:

Крило оси через однофотонний тепловізор

Крило оси через однофотонний тепловізор

Ця дивовижна камера призначена не лише для показу. Команда сподівається, що це може призвести до розробки камер для наукових досліджень, які можна використовувати для вивчення та документування предметів, які є дуже чутливими до світла, як певні біологічні зразки.



Кредит за обране зображення:Девід Кардинал

Copyright © Всі Права Захищені | 2007es.com