Trung Quốc phát triển camera có thể "chụp" từ khoảng cách 45km, xuyên sương mù, khói bụi

Đây là một hệ thống camera có khả năng chụp được hình ảnh của bạn từ khoảng cách 45km.

Theo Technologyreview, được phát triển bởi Trung Quốc, hệ thống dựa trên công nghệ Lidar này có thể xuyên qua lớp khói bụi thành phố để chụp được hình ảnh con người ở khoảng cách rất xa.

Chụp ảnh khoảng cách xa trên Trái đất là luôn là một thử thách khó khăn.

Chụp ảnh khoảng cách xa trên Trái đất là luôn là một thử thách khó khăn. Thu đủ ánh sáng từ một đối tượng ở khoảng cách xa là không dễ dàng. Kế đến, bầu không khí có thể làm biến dạng hình ảnh; ô nhiễm cũng vậy, đó là một vấn đề đặc biệt ở các thành phố. Điều đó khiến bạn khó có thể có được bất kỳ loại hình ảnh nào được chụp vượt quá khoảng cách vài km hoặc xa hơn (giả sử máy ảnh được gắn ở nơi đủ cao để đối phó với độ cong của Trái đất).

Nhưng trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã bắt đầu khai thác những bộ "Photodetector" - Photodetector hay cảm biến quang, còn được gọi là photosensor, là cảm biến chuyển đổi photon của ánh sáng hoặc bức xạ điện từ thành tín hiệu điện – cực nhạy để khắc phục những vấn đề đó. Nhờ những đầu dò tín hiệu (detectors) cực nhạy mà họ có thể nhận các photon đơn và sử dụng chúng để ghép lại với nhau nhằm tạo ra các bức ảnh của những đối tượng với khoảng cách lên đến 10km.

Tuy nhiên, các nhà vật lý vẫn muốn cải thiện điều này hơn nữa. Và hôm nay, Zheng-Ping Li và các cộng sự thuộc Đại học Khoa học và Công nghệ của Trung Quốc ở Thượng Hải đã trình diễn cách làm thế nào để chụp ảnh các đối tượng với khoảng cách lên đến 45 km trong môi trường đô thị có nhiều khói bụi ngăn cản tầm nhìn. Kỹ thuật của họ sử dụng các máy dò photon đơn kết hợp với thuật toán hình ảnh tính toán độc đáo để đạt được hình ảnh có độ phân giải siêu cao bằng cách đan các điểm dữ liệu lại với nhau.

Kỹ thuật mới này tương đối đơn giản về nguyên tắc. Nó dựa trên phạm vi phát hiện của thiết bị dò và tia laser, hoặc bệ phóng chiếu sáng đối tượng bằng ánh sáng laser và sau đó tạo ra hình ảnh từ ánh sáng phản chiếu.

Ưu điểm lớn của loại hình ảnh hoạt động này là các photon phản xạ từ đối tượng trở về máy dò trong một cửa sổ thời gian cụ thể phụ thuộc vào khoảng cách. Vì vậy, bất kỳ photon nào đến bên ngoài cửa sổ này có thể bị bỏ qua.

Công cụ này làm giảm đáng kể độ nhiễu được tạo ra bởi các photon không mong muốn từ nơi khác trong môi trường. Và nó cho phép các hệ thống Lidar hoạt động với độ nhay cao và khoảng cách xa hơn.

Để làm cho hệ thống mới trở nên tốt hơn trong môi trường đô thị, Zheng-Ping và đồng nghiệp đã sử dụng tia laser có bước sóng 1550 nanomet, tốc độ lặp lại 100 kilohertz và công suất khiêm tốn 120 milliwatts. Bước sóng này làm cho hệ thống an toàn đối với mắt người và cho phép nhóm nghiên cứu lọc ra các photon mặt trời có thể lấn át máy dò.

Các nhà nghiên cứu gửi và nhận các photon này thông qua cùng một thiết bị quang học. Kính viễn vọng thiên văn thông thường có khẩu độ 280mm. Các photon phản xạ sau đó được phát hiện bởi một máy dò photon thương mại. Để tạo ra một hình ảnh, các nhà nghiên cứu quét trường quan sát bằng cách sử dụng gương điều khiển hình tròn có thể nghiêng lên, xuống và nghiêng sang một bên.

Để tạo ra một hình ảnh, các nhà nghiên cứu quét trường quan sát bằng cách sử dụng gương điều khiển hình tròn có thể nghiêng lên, xuống và nghiêng sang một bên.

Bằng cách này, họ có thể tạo ra hình ảnh hai chiều. Nhưng nếu thay đổi thời gian giao thoa, họ có thể thu nhận các photon phản xạ từ các khoảng cách khác nhau để xây dựng hình ảnh 3D.

Bước tiến cuối cùng mà nhóm thực hiện là phát triển một thuật toán đan kết các hình ảnh lại với nhau bằng cách sử dụng dữ liệu photon đơn lẻ. Loại hình ảnh tính toán này đã phát triển vượt bậc trong những năm gần đây, cho phép các nhà nghiên cứu tạo ra hình ảnh từ các bộ dữ liệu tương đối nhỏ.

Nhóm nghiên cứu đã lắp đặt camera mới trên tầng 20 của một tòa nhà trên đảo Chongming ở Thượng Hải và chỉ nó vào Tòa nhà Hàng không Dân dụng Pudong bên kia sông, cách đó khoảng 45km.

Hình ảnh thông thường được chụp qua kính viễn vọng cho thấy không có gì ngoài độ nhiễu. Nhưng kỹ thuật mới tạo ra hình ảnh với độ phân giải không gian khoảng 60 cm, giúp nhìn thấy được các cửa sổ tòa nhà. Kết quả này cho thấy khả năng vượt trội của hệ thống LiDAR đơn hồng ngoại tầm gần để phát hiện các mục tiêu xuyên qua sương mù.

Zheng-Ping và các đồng nghiệp nói rằng hệ thống này còn có khả năng cải thiện hơn nữa: "Hệ thống của chúng tôi có thể chụp ảnh lên tới hàng trăm km nếu được tinh chỉnh. Nó đại diện cho một cột mốc quan trọng hướng tới công nghệ Lidar nhanh, mạnh, xa nhưng vẫn tiết kiệm năng lượng".