Der MIT Terahertz Scanner liest geschlossene Bücher und versiegelte Briefe

Foto: AP Photo / Akira Suemori

Forscher am Massachusetts Institute of Technology und am Georgia Institute of Technology haben einen Terahertz-Scanner entwickelt , mit dem Sie Bücher lesen können, ohne sie zu öffnen. Dies ist eine notwendige Sache, um zerbrechliche Blätter zu digitalisieren, die beim Umblättern beschädigt werden können. Darüber hinaus können mit der Technologie beispielsweise Briefe in versiegelten Umschlägen gelesen werden.

Forscher des MIT Media Lab berichten, dass das Management des Metropolitan Museum of Art in New York bereits Interesse an der Technologie gezeigt hat. Wie in einigen anderen Museen enthält ihre Museumssammlung eine Reihe alter Bücher, deren Eröffnung beängstigend ist. "Sie wollen sie nicht einmal berühren", sagt Barmak Heshmat, Forscher am MIT Media Lab und einer der Autoren eines wissenschaftlichen Artikels, der einen innovativen Scanner beschreibt.

Der Wissenschaftler fügte hinzu, dass das Gerät nicht nur zum Scannen von Büchern oder Lesen von Briefen in versiegelten Umschlägen nützlich ist, sondern auch zum Untersuchen von Materialien, die in mehreren dünnen Schichten aufgetragen werden. Dies kann eine alte Zeichnung unter einer Lackschicht, der Inhalt einer Tablette unter einer Schale oder eine Autobeschichtung unter einer äußeren Lackschicht sein.


Spezialisten des Massachusetts Institute of Technology entwickelten die Scannerhardware, und Kollegen des Georgia Institute of Technology entwickelten die Software, um Verzerrungen zu beseitigen und die Qualität der gescannten Bilder zu verbessern. Wissenschaftler sagen, dass das Programm zur Beseitigung von Buchstabenverzerrungen so gut funktioniert, dass es viele CAPTCHA-Bilder, die verzerrte Zeichen verwenden, leicht erkennt.

Terahertz-Strahlung ist eine Art elektromagnetischer Strahlung, deren Frequenzspektrum zwischen Infrarot- und Mikrowellenbereich liegt. Frequenzbereich von 0,01 bis 10 THz. Terahertz-Strahlung wird häufig in Sicherheitssystemen zum Scannen von Gepäck und Personen verwendet. In der Medizin werden Terahertz-Tomographen verwendet, und in der Kunstgeschichte vor acht JahrenTerahertz-Scanner zur Untersuchung von Mustern, die unter Farbschichten versteckt sind. Solche Scanner können versteckte strukturelle Defekte in verschiedenen Materialien erkennen.

Das Hauptproblem beim Scannen von mehrschichtigen Oberflächen von Büchern ist der schnelle Abfall des Pegels des reflektierten Signals, wenn mehrere Schichten tief „eingetaucht“ werden. Das Signal ist so schwach, dass es sehr schwierig wird, es vom Rauschen zu isolieren. Forscher haben eine spezielle Technik zum Filtern des Signals und zum "Fokussieren" auf eine bestimmte dünne Schicht erfunden.

Insbesondere fanden sie einen Weg, sich auf jede Schicht des Mehrschichtmaterials gemäß der Statistik der detektierten elektromagnetischen Strahlung zu konzentrieren. Dann wählen sie die Spektralbilder mit dem höchsten Kontrast für jede Schicht unter Verwendung der Methode der gemittelten Zeitsteuerung des Spektralüberschusses aus. Mit dieser Methode können Sie Seiten auch mit einem niedrigen SNR-Verhältnis von weniger als 10 dB erfolgreich lesen und ein Kontrastverhältnis erzielen, das 18-mal höher ist als bei der herkömmlichen Amplitudenanpassung.


Ein Versuchsaufbau mit einem Stapel von 9 Blättern, auf denen jeweils ein Buchstabe des lateinischen Alphabets auf einer Seite gedruckt ist. Büropapierblätter dicker als gewöhnlich

Die Unterscheidung zwischen dem Text auf den Seiten ist möglich, weil zwischen den Seiten des geschlossenen Buches Lufträume mit einer Dicke von etwa 20 Mikrometern verbleiben. Solche großen Hohlräume sind mit einer Rauheit des Papiers verbunden, da es aus Holz besteht und keinem speziellen Schleifen unterzogen wird. Aufgrund der unterschiedlichen Brechungsindizes von Luft und Papier ist es möglich, die Grenzen dieser Hohlräume durch das vom Terahertz-Detektor empfangene reflektierte Signal genau zu bestimmen. Auf diese Weise können Sie bestimmte Blätter in einem Stapel erkennen.


Messergebnis: 9 lateinische Buchstaben auf den Blättern (A); Abtastergebnis, die Ankunftszeit des reflektierten Signals entspricht der Tiefe der Schicht, die Änderung der Sättigung entspricht dem normalisierten Wert der Feldamplitude in willkürlichen Einheiten, Werte von weniger als 0,5 entsprechen der negativen Feldamplitude (B); Ein Schnitt des Datenwürfels der aufgezeichneten Amplitude des elektrischen Feldes, der einer bestimmten Ankunftszeit des reflektierten Signals entspricht, d. H. Einer bestimmten Schicht (C).

Bisher kann der Algorithmus den Abstand zu Lufthohlräumen in etwa den oberen 20 Blättern des Stapels korrekt bestimmen, aber mit jeder Seite wird das Signal schwächer. Während des Tests erkannte der Scanner erfolgreich 9 Seiten in einem Stapel im automatischen Modus ohne menschliches Eingreifen und Einrichten.


Das Ergebnis des Scanners im automatischen Modus mit verbessertem Kontrast in der Nachbearbeitung und OCR

Wissenschaftler verlieren nicht die Hoffnung, die Qualität des Scannens mit empfindlicheren Detektoren und leistungsstärkeren Terahertz-Strahlungsquellen zu verbessern.

Terahertz-Strahlung ist ein relativ neues Gebiet der Technik. Die Arbeit des Massachusetts Institute of Technology und des Georgia Institute of Technology ist eine der ersten, bei der neue Werkzeuge und fortschrittliche Methoden der Computerbildverarbeitung kombiniert werden. Dies ist nur der Anfang.

Die Technologie entwickelt sich derzeit aktiv weiter, sodass in den kommenden Jahren wahrscheinlichere und empfindlichere und genauere Instrumente erscheinen werden. Vielleicht können sie den Inhalt nicht eines versiegelten Briefes lesen, sondern sofort eine ganze Tüte Briefe.

Wissenschaftlicher Artikel„Terahertz zeitspektrale Bildgebung für die Gating - Gehalt
Extraktion durch geschichtete Strukturen“ veröffentlicht 9. September 2016 in der Zeitschrift Nature Communications (doi: 10.1038 / ncomms12665).

Source: https://habr.com/ru/post/de397399/