बेतरतीब बर्नौली वितरण (एम = 1) से केवल 50 टेम्पलेट्स के लिए बैकलाइटिंग के साथ नए एकल-पिक्सेल कैमरे के साथ खींची गई तस्वीरों के नमूनेपारंपरिक डिजिटल फोटोग्राफी में, यह एक लेंस का उपयोग करने के लिए प्रथागत है जो एक चमकदार प्रवाह उत्पन्न करता है और इसे प्रकाश संश्लेषक तत्वों के मैट्रिक्स तक निर्देशित करता है - एक डिजिटल कैमरा का सीसीडी या सीएमओएस सेंसर। यह माना जाता है कि मैट्रिक्स में जितने अधिक तत्व, उतनी बेहतर तस्वीर: 20 मिलियन तत्व 13 मिलियन से बेहतर हैं। यह फोटोग्राफी की गुणवत्ता का एक मुख्य संकेतक है, साथ में लेंस का एपर्चर अनुपात और तत्वों का घनत्व स्वयं (घनत्व कम होता है, मैट्रिक्स का बड़ा भौतिक आकार, कम विरूपण और तत्वों को हस्तक्षेप करना)।
लेकिन क्या होगा अगर कैमरे में एक लेंस नहीं है, और फोटोसेंसिटिव मैट्रिक्स में 1 (एक) पिक्सेल होता है? आधुनिक डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग प्रौद्योगिकियां वास्तव में आपको बहुत ही सहज रूप से इकट्ठा करने और एकल फोटो तत्व के साथ चमकदार प्रवाह को संसाधित करने की अनुमति देती हैं। इस मामले में, कैमरे को लेंस या बड़े मैट्रिक्स की आवश्यकता नहीं होती है। यही है, कैमरा उपकरणों को कंप्यूटर गणनाओं द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है।
एकल पिक्सेल फोटोग्राफी
कम्प्यूटेशनल फोटोग्राफी नामक एक नए दृष्टिकोण का हिस्सा है। इसमें प्रकाश प्रवाह में हेरफेर करने के लिए अन्य नवीन कम्प्यूटेशनल विधियां भी शामिल हैं: अलग-अलग शटर गति, प्रकाश क्षेत्र के कैमरों के साथ कई एक्सपोज़र के कारण गतिशील रेंज का विस्तार करते हुए, इस श्रेणी के लिए कुख्यात
स्लिट फोटोग्राफी को भी जिम्मेदार ठहराया जा सकता है।
कम्प्यूटेशनल फोटोग्राफी में, विषय
माप से गुजरता है, जो तब एक छवि बनाने के लिए डिकोड किया जाता है। मूलभूत कार्यों में से एक लेंस से पूरी तरह से छुटकारा पाना है, क्योंकि यह कैमरे का सबसे महंगा और भारी हिस्सा है। पर्याप्त शक्तिशाली प्रोसेसर के साथ, लेंस की आवश्यकता नहीं है।
कम्प्यूटेशनल फोटोग्राफी के सबसे आशाजनक क्षेत्रों में से एक है कम्प्रेसिव सेंसिंग। यह एक ऐसी तकनीक का उपयोग है जो एकल-पिक्सेल कैमरा का निर्माण करना संभव बनाता है, जिसे पहली बार
2008 में साहित्य में वर्णित किया गया है । मूल सिंगल-पिक्सेल कैमरा मॉडल एक ऑप्टिकल कंप्यूटर होता है जिसमें एकल फोटोसेंसेटिव डायोड, एक
डिजिटल माइक्रो-मिरर (डीएमडी), दो लेंस और एक एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर होता है।
प्रयोगशाला में एकल-पिक्सेल कैमरा का मूल मॉडल (2008)एक फोटोडायोड के साथ इस तरह के एक आदिम डिजाइन के बावजूद, शूटिंग के दौरान कैमरे ने काफी पहचान दर्ज की। इस मामले में, डिजिटल माइक्रोमीटर एक स्थानिक प्रकाश न्यूनाधिक (पीएमएस) के रूप में कार्य करता है - किसी भी एकल-पिक्सेल कैमरा का एक आवश्यक तत्व। पीएमएस की भूमिका में, एक और उपकरण हो सकता है जो कंप्यूटर के नियंत्रण में प्रकाश किरण पर एक निश्चित स्थानिक मॉड्यूलेशन लगाता है। तो संकेत एन्कोडेड है, और इसके पंजीकरण और रिकॉर्डिंग के बाद, यह वापस डिकोड किया जाता है और एक छवि बनाता है।
2008 मॉडल में 256 × 256 पिक्सेल (दूसरी और तीसरी तस्वीरें) के काले-और-सफेद और रंगीन चित्रों के रूप में एक फोटोडियोड द्वारा किए गए मापों का पुनर्निर्माण। पहली छवि में - मूल छविएक एकल-पिक्सेल कैमरा को लगातार हजारों मापों की आवश्यकता होती है, जहां गति एक महत्वपूर्ण कारक है। तेजी से माप लिया जाता है, बेहतर (यह वांछनीय है कि वस्तु माप के दौरान नहीं चलती है)।
तकनीकी प्रगति अभी भी स्थिर नहीं है, और नवीनतम पीढ़ी के सेंसर पिछले वाले की तुलना में बहुत तेजी से एक संकेत दर्ज करने में सक्षम हैं, जो बेहतर गुणवत्ता के एकल-पिक्सेल कैमरे बनाने के लिए नई संभावनाओं को खोलता है। 20 मार्च, 2017
को कम्प्यूटेशनल इमेजिंग पत्रिका पर
IEEE लेन-देन का एक हालिया मुद्दा
वस्तु रोशनी के साथ एक आधुनिक
एकल-पिक्सेल कैमरा का वर्णन करता है, जो एक पिकोसॉन्ड समय के पैमाने पर काम करता है।
मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में मीडिया लैब से वैज्ञानिक कार्य के लेखक बताते हैं कि पिकोसेकंड अंतराल हमें व्यक्तिगत फोटॉन को मिलीमीटर के संकल्प के साथ ऑब्जेक्ट के विभिन्न बिंदुओं से सेंसर में प्रवेश करने की अनुमति देता है। एक ही समय में, सेंसर इस फोटॉन से केवल आगमन के तथ्य (एक नियमित पिक्सेल के विपरीत) की तुलना में अधिक जानकारी दर्ज करता है, इसलिए पीएमएस के रूप में कम मास्क की आवश्यकता होती है।
पिकोसेकंड या उससे कम के अंतराल वाले एकल-पिक्सेल कैमरे पहले बनाए गए थे, लेकिन वे कम संवेदनशीलता से पीड़ित थे। सिंगल फोटोन हिमस्खलन फोटोडायोड (एसपीएडी) ने आधुनिक सीएमओएस के स्तर पर - अच्छी संवेदनशीलता का प्रदर्शन किया, लेकिन इसमें माप के बीच एक कम गति, दसियों पिकोसेकंड थे।
एक नया वैज्ञानिक कार्य एक उपकरण का वर्णन करता है जो पहले बनाए गए सभी एकल-पिक्सेल कैमरों के फायदे को जोड़ता है: यह एक पिकोसॉन्ड पैमाने पर काम करता है और एसपीएड की तरह संवेदनशीलता प्रदर्शित करता है। प्रयोगों से पता चला कि इस तरह के माप के उच्च स्तर की छवियों को प्राप्त करने के लिए, उन्हें पारंपरिक एकल-पिक्सेल कैमरों की तुलना में 50 गुना कम बैकलाइट पैटर्न की आवश्यकता होती है। यही है, आप 50 बार तेजी से एक छवि बना सकते हैं।
2017 के नमूने के अल्ट्राफास्ट सिंगल-पिक्सेल कैमरा के संचालन का सिद्धांत: (ए) वेवफ्रंट के मॉड्यूलेशन के साथ बैकलाइट; (बी) परावर्तक, सर्वदिशात्मक सेंसर द्वारा परावर्तित फोटॉनों के आगमन के समय को मापनाकैमरे के संचालन का सिद्धांत चित्रण में दिखाया गया है। यह समझना चाहिए कि फोटो खिंची हुई वस्तु का प्रत्येक बिंदु एक प्रकाश शंकु को दर्शाता है। शंकु से फोटॉनों को पंजीकृत करके, हम संपूर्ण वस्तु के आकार और प्रत्येक बिंदु के लिए दूरी के बारे में निष्कर्ष निकाल सकते हैं।
अंतरिक्ष में विभिन्न बिंदुओं पर प्रकाश शंकु से फोटॉन का पंजीकरण (ऊपर) और संकेत विश्लेषण (नीचे)कैमरा उत्कृष्ट फोटो गुणवत्ता दिखाता है। निम्नलिखित नमूने 50 (2500) बैकलाइट पैटर्न (दूसरी पंक्ति) के साथ पारंपरिक सिंगल-पिक्सेल कैमरा के साथ नमूना फोटो (शीर्ष) की तुलना करते हैं, साथ ही एक नया-डिज़ाइन एकल-पिक्सेल कैमरा (तीसरी और चौथी पंक्ति)। बैकलाइट पैटर्न को पारंपरिक a पिक्सेल कैमरा के साथ प्रयोग के रूप में {,1, 1} में यादृच्छिक बर्नौली वितरण से चुना गया है। कृपया ध्यान दें कि नए कैमरे से नमूनों में केवल 50 पैटर्न का उपयोग किया जाता है।
जैसा कि आप देख सकते हैं, नए विकास में, बैकलाइट पैटर्न में नाटकीय कमी के साथ शूटिंग की गुणवत्ता बहुत अधिक है।
सक्रिय बैकलाइटिंग के साथ एकल-पिक्सेल कैमरा का वर्णित डिज़ाइन तकनीकी विशेषताओं की संख्या में समान एकल-पिक्सेल कैमरों से काफी बेहतर है। इससे यह उम्मीद करना संभव हो जाता है कि भविष्य में इस तरह के सस्ते कैमरे बिना चलने वाले भागों में रोजमर्रा के घरेलू उपकरणों में व्यावहारिक अनुप्रयोग पा सकते हैं।
वैज्ञानिक कार्य 20 मार्च, 2017
को कम्प्यूटेशनल इमेजिंग (IEi: 10.1109 / TCI.2017.2684624,
पीडीएफ )
पर IEEE लेनदेन पत्रिका में
प्रकाशित किया गया था।