Dùng camera tốc độ cực cao chụp lại hình vật thể bị che khuất

Chắc hẳn các bạn đã biết được thông tin, các nhà khoa học vừa dùng camera tốc độ tương đương 20 tỷ khung hình/giây để bắt lại chuyển động của 1 tia laser với thời gian 6 nano giây. Hồi cuối năm ngoái thì các nhà khoa học cũng đã dùng máy ảnh CUP nén cực nhanh hình ảnh để ghi lại cảnh chuyển động của một xung laser. Nhiều bạn thắc mắc rằng các nhà khoa học làm điều này để làm gì? Xin thưa rằng không hẳn là chỉ để cho vui mà thực ra, các kỹ thuật ghi lại hình ảnh với tốc độ cực cao có thể ứng dụng một cách hết sức thiết thực: giúp chụp lại hình ảnh của những vật thể bị che khuất, thí dụ như một người đang trốn đằng sau một bức tường chẳng hạn.

Từ cuối năm 2010, các nhà khoa học tại viện công nghệ Massachusetts (MIT) đã bắt đầu nghiên cứu phát triển camera laser có khả năng chụp được hình ảnh của các vật thể bị che khuất. Theo lẽ thường, các vật thể bị che khuất sẽ không thể phản xạ ánh sáng vào mắt người/hoặc cảm biến máy ảnh nên không thể chụp lại được. Để làm được điều tưởng chừng như không thể này, các nhà khoa học cần phải có một camera với tốc độ đủ nhanh để "bắt được từng photon từ 1 chùm laser lóe lên trong thời gian từng femto giây (10 lũy thừa -15 giây). Chính những photon hiếm hoi này sẽ phản xạ từ nguồn tới cảm biến máy ảnh, sau đó sẽ đưa tới thuật toán máy tính để dựng lại từng điểm ảnh và cuối cùng là vật thể hoàn chỉnh".

Cho tới năm 2012, nhóm nghiên cứu tiếp tục công bố một đoạn video mô tả cách thức làm việc của công nghệ độc đáo trên. Xin giới thiệu sơ qua về bố trí thí nghiệm trong đoạn video: 1 camera tốc độ cao, 1 hình nhân và 1 bức tường ngăn cách ở giữa. Khi đó, camera sẽ "bắn" ra 1 xung laser ngay vào bức tường. Sau khi đập vào bức tường, các photon sẽ phản xạ trở lại khắp mọi nơi và "len lỏi" tới hình nhân đằng sau bức tường. Giờ đây, một số photon hiếm hoi đập vào hình nhân sẽ phản xạ lại bằng cách tương tự ngược trở lại camera với tại những thời điểm khác nhau. Camera này sẽ bắt lại các photon với tần số 2 pico giây/lần.

Bố trí thí nghiệm diễn tả cách chụp ảnh của vật thể bị che khuất mà không dùng gương​

Toàn bộ quá trình sẽ được lặp lại 60 lần với các xung laser được bắn ra theo các góc độ khác nhau. Sử dụng dữ kiện thời gian quay về của từng photon, thuật toán sẽ đảm đương nhiệm vụ tính toán khoảng cách, xác định ra photon đã chạm vào điểm nào trên vật thể và cuối cùng là suy ngược ra hình dạng vật thể. Như các bạn có thể thấy trong đoạn video, máy tính đã có thể tái tạo lại hình ảnh 3 chiều của hình nhân với độ chi tiết khá cao. Đó là toàn bộ nguyên lý làm việc của hệ thống do MIT phát triển. Biết được phương pháp làm việc, nhiệm vụ tiếp theo của nhóm là ngày càng cải thiện độ nhạy của camera và tiếp tục phát triển thuật toán dựng hình thông minh hơn.

Và cho đến nay như các bạn đã biết, nhà khoa học Genevieve Gariepy thuộc Đại học Heriot-Watt đã phát triển được hệ thống ghi lại được chuyển động của 1 chùm tia laser với độ chính xác cao. Cô cho biết hệ thống, lần này tương tự như cách dùng xung laser trước đây, nhưng có độ nhạy cao hơn. Do đó, thành công này đã giúp giấc mơ chụp được hình ảnh bị khuất tiến thêm một bước nữa. Một khi sản phẩm cuối cùng thành công, nó có thể được áp dụng trong rất nhiều tình huống khác nhau phục vụ con người. Điển hình nhất là giúp nhân viên cứu hộ phát hiện được nạn nhân sau thảm họa, áp dụng trong quân sự và triệt tiêu điểm mù trên các xe hơi,…

Đoạn video được nhóm nghiên cứu tại MIT phát hành, mô tả chi tiết phương pháp hoạt động của phương pháp chụp được hình ảnh bị che khuất.​