Memperbaiki keburaman gerakan pada gambar foton tunggal
Sciences

Memperbaiki keburaman gerakan pada gambar foton tunggal


Kredit: Pixabay / CC0 Domain Publik

Pencitraan foton tunggal adalah masa depan fotografi digital kecepatan tinggi dan jauh melampaui kamera konvensional dalam kondisi cahaya redup. Namun, memperbaiki keburaman yang disebabkan oleh gerakan objek independen tetap menjadi tantangan. Baru-baru ini, para peneliti di Tokyo University of Science mengembangkan pendekatan deblurring inovatif yang secara akurat memperkirakan gerakan objek individu dan menyesuaikan gambar akhir. Strategi mereka menghasilkan gambar berkualitas tinggi bahkan dalam suasana dinamis yang kompleks dan mungkin dapat diterapkan dalam pengobatan, sains, dan keamanan.

Teknologi pencitraan telah berkembang pesat sejak awal fotografi pada pertengahan abad ke-19. Sekarang, banyak kamera canggih untuk aplikasi yang menuntut mengandalkan mekanisme yang sangat berbeda dari yang ada di perangkat berorientasi konsumen. Salah satu kamera ini menggunakan apa yang dikenal sebagai “pencitraan foton tunggal”, yang dapat menghasilkan hasil yang jauh lebih unggul dalam kondisi gelap dan pemandangan dinamis yang cepat. Tapi bagaimana pencitraan foton tunggal berbeda dari pencitraan konvensional?

Saat mengambil gambar dengan kamera CMOS biasa, seperti yang ada di smartphone, sensor kamera terbuka untuk masuknya foton dalam jumlah besar selama waktu pencahayaan yang telah ditentukan. Setiap piksel dalam kisi sensor mengeluarkan nilai analog yang bergantung pada jumlah foton yang mencapai piksel tersebut selama pencahayaan.

Namun, jenis pencitraan ini memiliki beberapa cara untuk menangani objek bergerak; pergerakan objek harus jauh lebih lambat daripada waktu pencahayaan untuk menghindari keburaman. Sebaliknya, kamera foton tunggal menangkap rentetan cepat frame berurutan dengan waktu pencahayaan individu yang sangat singkat. Bingkai ini biner — kisi 1 dan 0 yang masing-masing menunjukkan apakah satu foton tiba di setiap piksel atau tidak selama pencahayaan. Untuk merekonstruksi gambar aktual dari bingkai biner (atau bidang bit) ini, banyak di antaranya harus diproses menjadi gambar non-biner tunggal. Ini dapat dicapai dengan menetapkan tingkat kecerahan yang berbeda ke semua piksel dalam kisi, bergantung pada berapa banyak bidang bit yang memiliki “1” untuk setiap piksel.

Selain kecepatannya yang lebih tinggi, sifat digital sepenuhnya dari pencitraan foton tunggal memungkinkan perancangan algoritme rekonstruksi gambar yang cerdas yang dapat menutupi batasan teknis atau skenario yang sulit. Di Universitas Sains Tokyo, Jepang, Profesor Takayuki Hamamoto telah memimpin tim peneliti yang berfokus pada peningkatan kemampuan pencitraan foton tunggal. Dalam studi terbaru oleh Prof. Hamamoto dan timnya yang dipublikasikan pada Akses IEEE, mereka mengembangkan algoritme yang sangat efektif untuk memperbaiki keburaman yang disebabkan oleh gerakan pada objek yang dicitrakan, serta keburaman umum pada seluruh gambar seperti yang disebabkan oleh goyangan kamera.

Pendekatan mereka mengatasi banyak keterbatasan teknik deblurring yang ada untuk pencitraan foton tunggal, yang menghasilkan gambar berkualitas rendah saat beberapa objek dalam pemandangan bergerak dengan kecepatan berbeda dan secara dinamis saling tumpang tindih. Alih-alih menyesuaikan seluruh gambar menurut perkiraan gerakan satu objek atau berdasarkan wilayah spasial tempat objek dianggap bergerak, metode yang diusulkan menggunakan strategi yang lebih fleksibel.

Pertama, algoritme estimasi gerakan melacak pergerakan piksel individu melalui evaluasi statistik tentang bagaimana nilai bit berubah dari waktu ke waktu (melalui bidang bit yang berbeda). Dengan cara ini, seperti yang ditunjukkan secara eksperimental oleh para peneliti, gerakan objek individu dapat diperkirakan secara akurat. “Pengujian kami menunjukkan bahwa teknik estimasi gerakan yang diusulkan menghasilkan hasil dengan kesalahan kurang dari satu piksel, bahkan dalam kondisi gelap dengan sedikit foton yang datang,” kata Prof. Hamamoto.

Tim kemudian mengembangkan algoritma deblurring yang menggunakan hasil dari langkah estimasi gerakan. Algoritme kedua ini mengelompokkan piksel dengan gerakan serupa, sehingga mengidentifikasi di setiap bidang bit objek terpisah yang bergerak dengan kecepatan berbeda. Hal ini memungkinkan deblurring setiap wilayah gambar secara independen sesuai dengan gerakan objek yang melewatinya. Dengan menggunakan simulasi, para peneliti menunjukkan bahwa strategi mereka menghasilkan gambar yang sangat tajam dan berkualitas tinggi, bahkan dalam pemandangan dinamis dengan cahaya redup yang dipenuhi objek yang bergerak dengan kecepatan yang berbeda.

Secara keseluruhan, hasil penelitian ini dengan tepat menunjukkan betapa besar pencitraan foton tunggal dapat ditingkatkan jika seseorang ingin mengembangkan teknik pemrosesan gambar yang efektif. “Metode untuk mendapatkan gambar tajam dalam situasi terbatas foton akan berguna di beberapa bidang, termasuk kedokteran, keamanan, dan sains. Pendekatan kami diharapkan akan menghasilkan teknologi baru untuk pencitraan berkualitas tinggi di lingkungan gelap, seperti luar angkasa, dan super- perekaman lambat yang akan jauh melebihi kemampuan kamera tercepat saat ini, “kata Prof. Hamamoto. Dia juga menyatakan bahwa bahkan kamera tingkat konsumen mungkin mendapat keuntungan tepat waktu dari kemajuan dalam pencitraan foton tunggal.


Ilmuwan mencapai pencitraan foton tunggal lebih dari 200 kilometer


Informasi lebih lanjut:
Kiyotaka Iwabuchi et al, Peningkatan Kualitas Gambar Berdasarkan Deblurring Berbasis Gerakan untuk Pencitraan Foton Tunggal, Akses IEEE (2021). DOI: 10.1109 / ACCESS.2021.3059293

Disediakan oleh Universitas Sains Tokyo

Kutipan: ‘Unmaking’ a move: Memperbaiki motion blur pada gambar foton tunggal (2021, 10 Mei) diambil pada 10 Mei 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-05-unmaking-motion-blur-single-photon- images.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten tersebut disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Hongkong Prize