Nhóm nghiên cứu, Giáo sư Hamamoto Takayuki, tỷ lệ bóng đá kèo nhà cái Kỹ thuật Điện, tỷ lệ bóng đá kèo nhà cái Kỹ thuật, Đại học tỷ lệ bóng đá kèo nhà cái học Tokyo, Giảng viên Kameda Yusuke (hiện tại Phương pháp ngăn chặn sự mờ của đối tượng ngay cả trong môi trường tối với một vài photon, tận dụng độ phân giải theo thời gian cao của các phương pháp hình ảnh phát hiện đơn photon, được dự kiến ​​là một công nghệ hình ảnh thế hệ tiếp theo, để phát triển một phương pháp tái tạo hình ảnh mới giúp ngăn chặn sự mờ của đối tượng ngay cả trong môi trường tối với ít photon Phương pháp này được dự kiến ​​sẽ làm giảm độ mờ của đối tượng và có ít tiếng ồn hơn các phương pháp thông thường và dẫn đến công nghệ để chụp ảnh chất lượng cao trong môi trường tối với rất ít ánh sáng ở ngoài không gian, cũng như hình ảnh cực kỳ chậm vượt qua các máy ảnh tốc độ cao hiện tại

Hình ảnh phát hiện đơn photon là một công nghệ được sử dụng để thu thập hình ảnh trong môi trường có ít photon hơn Trong phương pháp hình ảnh phát hiện đơn photon, thông tin về photon tới được thu thập dưới dạng trình tự hình ảnh nhị phân và thông tin được chuyển đổi thành hình ảnh nhiều bit thông qua xử lý tái tạo hình ảnh Trong quá trình tái thiết này, để có được một hình ảnh không có mờ chủ đề ngay cả khi đối tượng đang di chuyển, một quá trình loại bỏ mờ chuyển động là bắt buộc
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã đề xuất một kỹ thuật loại bỏ mờ chuyển động mới cho phép tái tạo hình ảnh chất lượng cao ngay cả trong các cảnh phức tạp trong đó nhiều đối tượng có vận tốc (hướng và tốc độ) khác nhau Phương pháp này tái cấu trúc đối tượng theo chuyển động của đối tượng, cho phép nó triệt tiêu đối tượng làm mờ hiệu quả hơn so với phương pháp thông thường để loại bỏ mờ chuyển động, tập trung vào các khu vực ngoại vi của các pixel được chú ý Công nghệ mới này cho phép phát hiện chuyển động chính xác cao ngay cả trong các môi trường có ít photon hơn bằng cách đánh giá biến động thời gian của các photon sự cố bằng các phương pháp thống kê Ngoài ra, phương pháp này đã được chứng minh là cải thiện hơn nữa tỷ lệ nhiễu tín hiệu trên đỉnh bằng cách thực hiện loại bỏ nhiễu ngoài việc loại bỏ mờ chuyển động, do đó làm giảm độ mờ của đối tượng xuống còn 12dB

Bối cảnh nghiên cứu

Phát triển các phương pháp để có được hình ảnh chất lượng cao trong một môi trường có ít photon được yêu cầu trong một loạt các lĩnh vực, bao gồm y học, bảo mật và tỷ lệ bóng đá kèo nhà cái học So với các cảm biến hình ảnh CMOS thường được sử dụng trong những năm gần đây, các thiết bị hình ảnh có độ nhạy để phát hiện một photon duy nhất, chẳng hạn như cảm biến SPAD và cảm biến Qi, vượt trội về độ nhạy và độ phân giải thời gian trong môi trường có ít photon hơn Các thiết bị hình ảnh như vậy cũng có thể được áp dụng cho các sản phẩm tiêu dùng
Cảm biến hình ảnh phát hiện đơn photon Binarize thông tin của photon tới tại mỗi pixel dựa trên việc có phát hiện thấy photon hay không và ghi lại nó dưới dạng hình ảnh bitplane hay không Nó có thể được chuyển đổi thành hình ảnh nhiều bit bằng cách sử dụng một kỹ thuật đơn giản: thu được một lượng lớn hình ảnh bitplane và tích lũy chúng Một lợi thế khác của các phương pháp hình ảnh phát hiện đơn photon là bạn có thể chọn phương pháp tái thiết theo ứng dụng của bạn
Hầu hết các nghiên cứu hiện đang được tiến hành liên quan đến phương pháp tái cấu trúc hình ảnh mặt phẳng bit thành hình ảnh đa bit chất lượng cao Việc tích lũy hình ảnh bitplane dọc theo trục thời gian cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm, cho phép hình ảnh đa bit chất lượng cao, nhưng khi chụp các đối tượng di chuyển, đối tượng mờ là một vấn đề Bởi vì đối tượng di chuyển, nếu bạn tích hợp hình ảnh bitplane mà không cần căn chỉnh đối tượng, thì chủ đề mờ xảy ra Ngay cả khi độ phân giải thời gian rất cao trong các phương pháp hình ảnh phát hiện đơn photon và độ mờ chủ thể không xảy ra trong mỗi hình ảnh bitplane, hình ảnh kết hợp các hình ảnh này sẽ bị mờ chủ đề
Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã thực hiện nghiên cứu với mục đích phát triển một phương pháp tái cấu trúc hình ảnh nhiều bit có thể hiển thị rõ ràng các chi tiết nhỏ nhất của đối tượng ngay cả trong môi trường có ít photon hơn

Chi tiết kết quả nghiên cứu

Để triệt tiêu chủ đề mờ theo chuyển động của đối tượng, ước tính chính xác chuyển động là cần thiết đầu tiên Do đó, nhóm nghiên cứu đã đề xuất một phương pháp để ước tính chuyển động trực tiếp và chính xác dựa trên hình ảnh bitplane Trong phương pháp thông thường, chuyển động của đối tượng được ước tính gián tiếp dựa trên các hình ảnh nhiều bit thu được bằng cách chuyển đổi một số lượng nhỏ hình ảnh bitplane Tuy nhiên, những hình ảnh nhiều bit như vậy có một vấn đề rằng ước tính chuyển động chính xác là khó khăn vì lượng ánh sáng giảm và chuyển động của đối tượng tăng lên, dẫn đến sự suy giảm chất lượng hình ảnh Ngược lại, phương pháp được đề xuất này cho phép thu được thông tin chuyển động chính xác cao dựa trên sự thay đổi thời gian về số lượng photon sự cố do một số lượng lớn hình ảnh bitplane
Chìa khóa cho phương pháp đề xuất này là triệt tiêu chủ đề mờ theo chuyển động của chủ đề Cụ thể, bằng cách xử lý các khu vực được nhóm lại bởi các chuyển động tương tự như các đơn vị xử lý khử chuyển động, một hình ảnh đã được khử một phần Kỹ thuật này áp dụng các hiệu chỉnh dựa trên chuyển động, do đó nó có thể được sử dụng trong trường hợp sự di chuyển của đối tượng thay đổi giữa chừng hoặc các trường hợp mà nhiều đối tượng chuyển động chồng lên nhau Không cần chỉ định khu vực của chủ đề
Ước tính sử dụng phương pháp này cho thấy ngay cả trong môi trường tối với số lượng photon sự cố trung bình trên mỗi khung là 0,1, lỗi trong độ lệch căn chỉnh nhỏ hơn một pixel, chính xác hơn phương pháp thông thường để ước tính chuyển động dựa trên hình ảnh đa bit Ngoài việc loại bỏ mờ chuyển động, phương pháp này cũng thực hiện xử lý loại bỏ nhiễu, điều này giúp cải thiện hơn nữa tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm cực đại 1,2dB trong khi triệt tiêu độ mờ của đối tượng
Công nghệ hình ảnh thế hệ tiếp theo, phương pháp hình ảnh loại phát hiện đơn photon, có độ phân giải thời gian cao, vì vậy bằng cách đưa ra quá trình tái tạo như thế này, không chỉ có thể tăng độ nhạy mà còn có được hình ảnh với chất lượng hình ảnh tuyệt vời Phương pháp được đề xuất trong nghiên cứu này sẽ dẫn đến công nghệ để chụp các hình ảnh độ phân giải cao trong môi trường tối như ngoài vũ trụ, với rất ít ánh sáng và hình ảnh cực kỳ chậm vượt qua các camera tốc độ cao hiện tại

*Nghiên cứu này được thực hiện với các khoản tài trợ từ Hiệp hội các khoản tài trợ tỷ lệ bóng đá kèo nhà cái học của Nhật Bản cho nghiên cứu tỷ lệ bóng đá kèo nhà cái học, "Nghiên cứu cơ bản (c) General" (19K12025) và nghiên cứu trẻ (20K19829)