Araştırmacılar X-ışınları Olmadan X-ışını Geliştiriyor
Dağınık Işıktan Süper Görüş: Stanford Araştırmacıları, X-ışınları Olmadan Bir Tür X-ışını Görüşü Geliştiriyor
Stanford araştırmacıları, yeni bir algoritma kullanarak bulutların, sislerin ve diğer engellerin arasından görmek için tek tek ışık parçacıklarının hareketini yeniden yapılandırdılar.
Tıpkı bir çizgi romanın hayat bulması gibi, Stanford Üniversitesi’ndeki araştırmacılar da bir tür X-ışını görüşü geliştirdiler – sadece X ışınları olmadan. Araştırmacılar, otonom arabaların çevrelerindeki dünyayı “görmesini” mümkün kılana benzer bir donanımla çalışarak, sistemlerini, ışık parçacıklarının veya fotonların hareketine dayalı üç boyutlu gizli sahneleri yeniden oluşturabilen oldukça verimli bir algoritma ile geliştirdiler. 9 Eylül’de Nature Communications’da yayınlanan bir makalede ayrıntılı olarak açıklanan testlerde, sistemler 1 inç kalınlığındaki köpük tarafından engellenen şekilleri başarıyla yeniden oluşturdu. İnsan gözüne, duvarların arkasını görmek gibi.
Stanford’da elektrik mühendisliği profesörü yardımcısı ve makalenin kıdemli yazarı Gordon Wetzstein, “Birçok görüntüleme tekniği görüntüleri biraz daha iyi, biraz daha az gürültülü gösteriyor, ancak bu gerçekten görünmez olanı görünür kıldığımız bir şey” dedi. . “Bu, herhangi bir algılama sistemi ile mümkün olabileceklerin sınırlarını gerçekten zorluyor. İnsanüstü bir vizyon gibi. “
Bu teknik, engelleri mikroskobik ölçekte görebilen diğer görüş sistemlerini tamamlıyor – tıp alanındaki uygulamalar için – çünkü siste veya şiddetli yağmurda sürücüsüz arabalarda gezinmek ve yüzeyi uydudan izlemek gibi büyük ölçekli durumlara daha çok odaklanıyor. Puslu atmosferde Dünya ve diğer gezegenler.
Dağınık ışıktan süper görüş
Sistem, bir lazeri, çarpan her lazer ışığını kaydeden süper hassas bir foton dedektörü ile eşleştirir, böylece ışığı her yönden yayan ortamları görebilir. Lazer, köpük duvar gibi bir engeli tararken, bazen bir foton köpükten geçmeyi, arkasındaki nesnelere çarpmayı ve detektöre ulaşmak için köpükten geri dönmeyi başaracaktır. Algoritma destekli yazılım daha sonra bu birkaç fotonu ve detektöre nerede ve ne zaman çarptıklarıyla ilgili bilgileri kullanarak gizli nesneleri 3B olarak yeniden inşa ediyor.
Bu, gizli nesneleri saçılma ortamları aracılığıyla ortaya çıkarabilen ilk sistem değil, ancak diğer tekniklerle ilişkili sınırlamaları ortadan kaldırıyor. Örneğin, bazıları ilgilenilen nesnenin ne kadar uzakta olduğuna dair bilgi gerektirir. Bu sistemlerin yalnızca saçılma alanı boyunca gizli nesneye gidip gelen fotonlar olan, ancak gerçekte yol boyunca dağılmadan sadece balistik fotonlardan gelen bilgileri kullanması da yaygındır.
Elektrik mühendisliği yüksek lisans öğrencisi ve makalenin baş yazarı David Lindell, “Bu varsayımlar olmadan, dağınık medyayı görebilmek ve görüntüyü yeniden yaratabilmek için dağılmış tüm fotonları toplamakla ilgileniyorduk,” dedi. “Bu, sistemimizi özellikle çok az balistik fotonun olduğu büyük ölçekli uygulamalar için kullanışlı hale getiriyor.”
Araştırmacılar, algoritmalarını saçılmanın karmaşıklığına uyarlamak için, donanım ve yazılımlarını birlikte yakından tasarlamak zorunda kaldılar, ancak kullandıkları donanım bileşenleri şu anda otonom arabalarda bulunanlardan biraz daha gelişmişti. Gizli nesnelerin parlaklığına bağlı olarak, tarama süreci testlerinde bir dakikadan bir saate kadar sürdü, ancak algoritma belirsiz sahneyi gerçek zamanlı olarak yeniden yarattı ve bir dizüstü bilgisayarda çalıştırılabilirdi.
Lindell, “Köpüğün arkasını kendi gözlerinizle göremezsiniz ve hatta dedektörden gelen foton ölçümlerine baktığınızda bile hiçbir şey görmezsiniz,” dedi. “Ancak bir avuç fotonla, yeniden yapılandırma algoritması bu nesneleri ortaya çıkarabilir ve yalnızca neye benzediklerini değil, aynı zamanda 3B uzayda nerede olduklarını da görebilir.”
Uzay ve Sis
Bir gün, bu sistemin torunları, buzlu bulutlar aracılığıyla daha derin katmanlara ve yüzeylere bakmaya yardımcı olmak için uzaydan diğer gezegenlere ve aylara gönderilebilir. Daha yakın zamanlarda, araştırmacılar, bu teknolojinin yararlı olabileceği diğer koşulları simüle etmek için farklı saçılma ortamlarını denemek istiyorlar.
Lindell, “Bunu diğer saçılma geometrileriyle daha da ileri götürmekten heyecan duyuyoruz” dedi. “Yani, yalnızca kalın bir malzeme katmanının arkasına gizlenmiş nesneler değil, aynı zamanda sisle çevrili bir nesneyi görmeye benzeyen yoğun bir şekilde dağılmış malzemeye de gömülü.”
Lindell ve Wetzstein, bu çalışmanın bilim ve mühendisliğin derin bir disiplinlerarası kesişimini nasıl temsil ettiği konusunda da hevesliler.
Wetzstein, “Bu algılama sistemleri lazerler, dedektörler ve gelişmiş algoritmalara sahip cihazlardır ve bu da onları donanım ile fizik ve uygulamalı matematik arasında disiplinler arası bir araştırma alanına yerleştirir,” dedi. “Bunların hepsi bu işin kritik, temel alanları ve benim için en heyecan verici şey bu.”
Referans: David B. Lindell ve Gordon Wetzstein, 9 Eylül 2020, Nature Communications. “Konfokal difüz tomografiye dayalı saçılım ortamıyla üç boyutlu görüntüleme”.
Gordon Wetzstein ayrıca Stanford Hesaplamalı Görüntüleme Laboratuvarı’nın direktörü ve Stanford Bio-X ve Wu Tsai Neurosciences Institute’un bir üyesidir.
Bu araştırma Stanford Lisansüstü Bilim ve Mühendislik Bursu tarafından finanse edildi; Ulusal Bilim Vakfı; bir Sloan Bursu; İleri Savunma Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA); ABD Ordusu Savaş Yetenekleri Geliştirme Komutanlığı Ordu Araştırma Laboratuvarının bir parçası olan Ordu Araştırma Ofisi (ARO); ve Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (KAUST).