شارك
الرئيسية
3 دقائق 
في السنوات الماضية، ظهرت العديد من الطرق والأساليب لجعل التصوير ثلاثي الأبعاد أسرع وأقل تكلفة. وتستطيع بعض الأجهزة الاستهلاكية، مثل آيفون إكس ومايكروسوفت كينيكت، أن تلتقط هذا النوع من الصور. وفي الصناعة، أتاحت هذه الطرق تحويل التصوير ثلاثي الأبعاد إلى جزء هام من الكثير من الخطوط الإنتاجية التي تتطلب الحصول على البيانات بدون التلامس المباشر.
ولكن هذه الأساليب ما تزال تعاني من محدودية كبيرة، خصوصاً فيما يتعلق بالتصوير السريع للأجسام المتحركة، وتعني هذه المشاكل أن الأنظمة العملية لا تستطيع التقاط الصور بسرعة أكبر من 1,000 لقطة في الثانية تقريباً.
ولكن هذا سيتغير على ما يبدو، وذلك بفضل عمل هونجوي تشين وزملائه في جامعة تسينجوا في بكين. فقد بنى هؤلاء الباحثون نظاماً بسيطاً للتصوير ثلاثي الأبعاد يقوم بتسجيل مقاطع الفيديو بسرعة 500,000 لقطة في الثانية. إضافة إلى هذا، فقد تمكنوا من تحقيق هذه السرعة باستخدام نظام يستخدم بيكسلات منفردة لتسجيل الصور.
لنبدأ ببعض المعلومات الأولية. من الناحية العملية، هناك عاملان يحدان من سرعة التقاط الصور ثلاثية الأبعاد. العامل الأول هو معدل التكرار لنظام الإضاءة، والذي يمكن أن يجمد الحركة أثناء إطلاق نمط ضوئي محدد مسبقاً على جسم ما لتحديد شكله. أما العامل الثاني فهو معدل التحديث لشرائح CCD (جهاز اقتران الشحنة، وهو نوع شائع من الحساسات الضوئية) التي تلتقط الضوء.
يعتبر معدل التحديث العامل الأكثر تقييداً. وعلى سبيل المثال، فهو السبب في تحديد سرعة تصوير النمط البطيء في آيفون إكس بمقدار 120 لقطة في الثانية. ولكن يمكن تحقيق سرعات أكبر بأنظمة إضاءة عالية السرعة باستخدام الأجهزة الرقمية لمعالجة الضوء، والتي يبلغ معدل تحديثها حوالي 10 كيلو هرتز.
تمكن تشين وزملاؤه من تحسين كلتا الناحيتين. حيث أن نظام الإضاءة الخاص بهم، والمبني على الليزر، يعتمد على حيلة ذكية لترميز المعلومات بمعدل أسرع بكثير من ذي قبل. وتقوم الطريقة على تمديد كل نبضة أولاً، ومن ثم ترميز الأنماط في الزمن والتردد، قبل ضغطها ثانية. وبهذا، يمكن تحديث الأنماط بمعدل يصل إلى 50 ميجا هرتز.
تمكن الفريق أيضاً من تحسين معدل التقاط الصور. حيث أن شريحة CCD هي عبارة عن مصفوفة من البيكسلات الحساسة للضوء التي تنتج مجتمعة صورة ثنائية الأبعاد. ولكن التكنولوجيا التي تعتمد عليها تحد من معدل التحديث إلى أقل بكثير من 1,000 لقطة في الثانية. وتقوم الطريقة الجديدة على تسجيل الضوء باستخدام بيكسلات منفردة تعتمد على تكنولوجيا مختلفة كلياً، ذات معدل تحديث يصل إلى 500,000 لقطة في الثانية. ولكن، كيف يمكن أن نشكل صورة كاملة من بيكسل واحد؟
لتحقيق هذا، استخدم تشين وزملاؤه تكنولوجيا تصويرية ثورية أخرى تسمى التحسس المضغوط. حيث يقوم البيكسل بتسجيل عدد كبير من القياسات المتتابعة للضوء المنعكس عن الجسم. ويتم إطلاق الضوء بشكل عشوائي عن طريق تغيير النمط الذي يضيء الجسم.
ولكن، وعلى الرغم من أن هذه القياسات قد تبدو عشوائية، فإنها في الواقع مترابطة، لأنها تنعكس جميعاً عن نفس الجسم، بل إن الترابط هو الصورة نفسها، أما تشكيلها فلا يتطلب أكثر من إجراء بعض الحسابات المباشرة.
أما السؤال المتبقي الوحيد فهو ما هي السرعة الممكنة لإسقاط الأنماط على الجسم. وهنا تظهر أهمية التكنولوجيا الجديدة التي استخدمها الفريق والتي تعطي إضاءة بمعدل 50 ميجا هرتز. وهذا يعني أنه يمكن تشكيل كل صورة عن طريق معالجة الضوء من 100 نمط، ما يؤدي إلى معدل يساوي 500,000 لقطة في الثانية، ويستخدم الفريق عدة بيكسلات منفردة لبناء صورة ثلاثية الأبعاد.
وهكذا، حصلنا على نظام تصوير ثلاثي الأبعاد بإمكانية تصوير الأجسام التي تتحرك بسرعات تصل إلى 500 متر في الثانية بدقة 1 مليمتر. وهو ما يمكن أن يؤدي إلى نتائج هامة بالنسبة لمراقبة خطوط الإنتاج عن بعد، وغير ذلك من تطبيقات التصوير ثلاثي الأبعاد. يقول الفريق: "إنه حل واعد بالنسبة لعمليات التدقيق المباشر عالي السرعة أثناء الإنتاج أو مسح الربان الآلي في مجتمع المعلومات المستقبلي".
سيصبح النظام حتى أفضل من ذلك قريباً. حيث يقول تشين وزملاؤه أن بعض التعديلات البسيطة على نظام الإضاءة ستسمح له بإسقاط الأنماط بسرعات تصل إلى الجيجا هيرتز، وأن هذا سيسمح ببناء الصور بمعدل 100,000 لقطة في الثانية: "وبالتالي، حتى بعد آلاف أو ملايين المرات من إعادة البناء باستخدام بيكسل واحد، يمكن أن تصل سرعة التصوير أيضاً إلى أكثر من 100 كيلو هرتز". أحسنتم!