تصویربرداری بدون لنز با برس نوری محقق ایرانی

در تلاش برای ساخت سیستم‌های تصویربرداری بسیار کوچک و منعطف، تیمی از محققان آزمایشگاه رسانه موسسه فناوری ماساچوست به رهبری یک محقق ایرانی با استفاده از یک دستگاه تصویربرداری بدون لنز موسوم به "برس نوری" توانسته‌اند ابعاد سیستم‌ها را کاهش دهند.

دستگاه دکتر برمک حشمت، دانشیار فوق دکترای گروه فرهنگ دوربین در آزمایشگاه رسانه موسسه فناوری ماساچوست و دانش‌آموخته پیشین دانشگاه صنعتی اصفهان، از مجموعه‌ای از فیبرهای نوری برای تولید تصاویری استفاده می‌کند که می‌تواند منجر به روش‌های جمع‌وجورتر و قدرتمندتری برای بررسی میدان‌های نفتی و ساخت آندوسکوپ‌های کوچکتر شود.

این برس نوری از آرایه‌ای از حسگرهای نوری تشکیل شده که از یک سو به دسته‌ای از 1100 فیبر نوری متصل بوده و از سوی دیگر آزاد هستند تا در شکاف‌های میکرومتری یک غشای متخلخل حرکت کنند. با حرکت کردن این فیبرها، انتهای آزاد آن‌ها به جمع‌آوری نور و انتفال آن به آرایه می‌پردازد.

برخلاف بیشتر سیستم‌های رایج فیبر نوری، سمت آزاد این دسته نیازی به قرار گرفتن در یک صف با آرایه نداشته و می‌توانند در هر جا حرکت کنند. معمولا این امر تنها منجر به تولید یک تارشدگی پراکنده می‌شود، اما تیم حشمت از روشی موسوم به زمان پرواز برای تولید نظم از میان این هرج و مرج ظاهری استفاده کردند.

این کار شامل تاباندن انفجاری از نور به هدف و سنجش تفاوت بین انفجار و زمانی که نور به آرایه می‌رسد، است. این کار به سیستم اجازه می‌دهد تا از الگوریتمی برای محاسبه موقعیت فیبر و ساخت یک تصویر دقیق استفاده کند.

دکتر حشمت، مولف ارشد این تحقیق اظهار کرد: زمان پرواز که شیوه‌ای پرکاربرد در گروه ماست، هیچ گاه برای انجام چنین کارهایی استفاده نشده بود. کارهای پیشین از این روش برای استخراج اطلاعات عمق استفاده کرده بودند اما در این کار ما آن را برای فعال کردن یک رابط کاربری جدید برای تصویربرداری معرفی کرده‌ایم.

در آزمایشات تجربی دکتر حشمت و همکارانش، این انفجارها از دو لیزر جداگانه که بصورت عمود بر روی هدف می‌تابیدند، ارسال شد اما در نسخه عملی، خود فیبرها به تامین انفجارهای نوری می‌پرداختند. این فیبرها برای اهداف آزمایشی بر روی مجموعه‌ای از الگوها متمرکز شدند که در این میان، انتهای دسته فیبرها در میان یک تقسسیم‌کننده پرتو حرکت کرده و یک دوربین معمولی و تصویربردار پرسرعت را برای اندازه‌گیری سرعت انفجارهای نوری تغذیه می‌کردند. این کار به الگوریتم‌ها اجازه داد تا یک نقشه دوبعدی از سرفیبرها را ساخته و تصویر را استنباط کنند.

از آنجایی که وضوح تصویر به دلیل فیبرهای 300 میکرومتری مورد استفاده، تنها 33 در 33 پیکسل بود، تصویر آزمایشی تا حدودی تار بود اما به گفته محققان، اگر فیبرهای بیشتری با قطر کمتر استفاده می‌شدند، وضوح بدون افزایش اندازه دسته تا حد بالایی ارتقا پیدا می‌کرد.

علاوه بر آن، با ارسال پالس‌های بسیار از میان فیبرها برای روشن کردن جسم، درجه‌بندی تصاویر تنها در کسری از ثانیه صورت می‌گرفت و استفاده از تداخل‌سنج که در آن امواج نوری بر روی یکدیگر قرار می‌گیرند، نیز می‌تواند وضوح را ارتقا بخشد.

به گفته محققان، این فناوری در آینده می‌تواند برای تقویت تصویربردارها در بررسی میدان‌های نفتی و سفره‌های آبی، سیستم‌های لوله‌کشی و ایجاد آندوسکوپ‌های با قطر کمتر به کار گرفته شود.

این تحقیق در مجله Nature Scientific Reports منتشر شده است.