กล้อง 3D ใหม่ที่สร้างขึ้นจากกองเครื่องตรวจจับแสงแบบกราฟีนแบบโปร่งใสสามารถจับภาพและโฟกัสไปที่วัตถุที่อยู่ห่างไกลจากเลนส์กล้องได้ อุปกรณ์ดังกล่าวผลิตโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยมิชิแกนในสหรัฐอเมริกา อาจพบการใช้งานที่หลากหลาย เช่น การถ่ายภาพทางชีวภาพ รถยนต์ไร้คนขับ และหุ่นยนต์
ระบบการถ่ายภาพด้วยแสงส่วนใหญ่ในปัจจุบัน
ใช้เครื่องตรวจจับด้วยแสงแบบแบนเพื่อบันทึกความเข้มของแสงที่สะท้อนจากวัตถุในแต่ละพิกเซล อย่างไรก็ตาม เนื่องจากระบบเหล่านี้ตรวจจับแสงได้ในระนาบเดียว ข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับทิศทางของรังสีของแสงจึงสูญหายไป ซึ่งหมายความว่าภาพที่บันทึกเป็นภาพ 2D ที่เรียบง่ายของวัตถุ 3D จริงที่กำลังถ่าย
ภาพที่ได้มาจึงมีระยะชัดลึกที่จำกัด กล่าวคือ วัตถุที่อยู่ห่างจากกล้องเพียงระยะหนึ่งเท่านั้นจะอยู่ในโฟกัสที่คมชัด และรายการที่อยู่ด้านหน้าหรือด้านหลังระยะนั้นไม่อยู่ในโฟกัสและปรากฏเป็นภาพเบลอ ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากการฉายภาพ 2 มิติ จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะระบุได้ว่าวัตถุแต่ละชิ้นอยู่ห่างจากกล้องเท่าใด
ระบบภาพในอุดมคติจะเอาชนะปัญหานี้ได้ด้วยการแสดงฉาก 3 มิติที่สมบูรณ์ด้วยระยะชัดลึกที่ไม่สิ้นสุดในการเปิดรับแสงเพียงครั้งเดียว อุปกรณ์ดังกล่าวสามารถสร้างจากอาร์เรย์ของเครื่องตรวจจับที่แตกต่างกัน โดยแต่ละชุดจะเรียงซ้อนกันตามเส้นทางของรังสีแสงที่เข้ามาต่างกัน จากนั้นจึงตรวจจับระนาบโฟกัสหลายจุดของข้อมูลทั้งหมดพร้อมกัน สามารถใช้อัลกอริธึมเพื่อสร้างภาพ (“สนามแสง”) ที่สมบูรณ์ขึ้นใหม่ของฉากในสามมิติ โดยแต่ละวัตถุในฉากอยู่ในโฟกัส นอกจากนี้ยังสามารถกำหนดระยะห่างของวัตถุแต่ละชิ้นได้อีกด้วย ตามที่ทราบกันดีว่าการตรวจจับช่วงดังกล่าวจะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งต่อการใช้งาน เช่น รถยนต์ไร้คนขับและหุ่นยนต์
กองเซ็นเซอร์โปร่งใสที่ทำจากกราฟีน
ทีมนักวิจัยที่นำโดยZhaohui Zhong , Jeffrey FesslerและTheodore Norrisจากภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยาการคอมพิวเตอร์แห่งมหาวิทยาลัยมิชิแกนประสบความสำเร็จในการสร้างอุปกรณ์ตรวจจับแสงดังกล่าว กล้อง 3D ใหม่ของพวกเขาใช้กองเซ็นเซอร์โปร่งใสที่ทำจากกราฟีน (แผ่นของอะตอมของคาร์บอนที่มีความหนาเพียงอะตอมเดียวซึ่งมีการส่งผ่านแสงที่ดีเยี่ยมในช่วงที่มองเห็นและใกล้อินฟราเรด) เพื่อจับภาพที่โฟกัสไปยังระยะต่างๆ จากกล้องพร้อมกัน เลนส์
นักวิจัยได้ประดิษฐ์ตัวตรวจจับแสงบนพื้นผิวแก้วโปร่งใส (แทนที่จะเป็นชิปซิลิกอนที่มักใช้ในอุปกรณ์ดังกล่าว) โดยใช้กราฟีนเป็นชั้นตรวจจับแสง ชั้นช่องนำไฟฟ้า ชั้นประตู และแม้กระทั่งส่วนเชื่อมต่อ (ซึ่งมักจะทำจากโลหะ ). การใช้กราฟีนสำหรับส่วนประกอบการทำงานต่างๆ ของอุปกรณ์ในลักษณะนี้ช่วยให้ตรวจจับแสงที่มีความละเอียดอ่อนและความโปร่งใสได้ประมาณ 95%
เพื่อพิสูจน์ว่าการออกแบบของพวกเขาได้ผล นักวิจัยได้สร้างกล้องสนามแสงสแต็กโฟกัสพิกเซลเดียว ซึ่งประกอบด้วยเลนส์ถ่ายภาพด้านหน้าทางยาวโฟกัส 100 มม. และเครื่องตรวจจับโฟโตกราฟีนพิกเซลเดียวสองตัวโดยคั่นด้วย 2 มม. วัตถุทดสอบคือแหล่งกำเนิดจุดที่เกิดจากรูเข็มขนาด 30 ไมครอนที่ส่องสว่าง แหล่งกำเนิดของจุด ศูนย์กลางของเลนส์แสดงภาพ และตัวตรวจจับแสงทั้งสองถูกจัดแนวตามแกนออปติคัล (z) เดียวกัน
การตรวจจับช่วเมื่อแหล่งกำเนิดของจุดนั้น
อยู่ไกลจากเลนส์ ภาพที่สร้างจะไม่อยู่ในโฟกัสของตัวตรวจจับกราฟีนทั้งสองตัว อย่างไรก็ตาม เมื่อนักวิจัยย้ายแหล่งกำเนิดจุดไปยังเลนส์ มันจะโฟกัสไปที่เครื่องตรวจจับด้านหน้าได้อย่างสมบูรณ์แบบ ในขณะที่ยังคงไม่โฟกัสที่เครื่องตรวจจับด้านหลัง นักวิจัยอธิบาย “ในขณะที่เราย้ายแหล่งกำเนิดจุดไปยังเลนส์ถ่ายภาพ ความเข้มของภาพจะลดลงที่เครื่องตรวจจับด้านหน้าและเพิ่มขึ้นที่เครื่องตรวจจับด้านหลัง” “เมื่อถึงจุดหนึ่ง วัตถุทดสอบจะถูกถ่ายภาพอย่างคมชัดบนเครื่องตรวจจับด้านหลัง โดยที่กล้องด้านหน้าไม่ได้โฟกัส”
simulated_focal_stack_images
อาร์เรย์เซ็นเซอร์ที่ใหญ่ขึ้นสามารถจับภาพฉากได้เพียงใด มารยาท: Catharine June
เมื่อทราบความยาวโฟกัสของเลนส์และตำแหน่งของเครื่องตรวจจับ นักวิจัยกล่าวว่าพวกเขาสามารถกำหนดระยะห่างของวัตถุจากเลนส์ได้ ในทำนองเดียวกัน การรู้โปรไฟล์ความเข้มของแสงตามแนวแกน z ช่วยให้พวกเขาสามารถคำนวณข้อมูลความลึก 3 มิติของฉากจากข้อมูลโดยใช้อัลกอริธึมการประมวลผลภาพ
แม้ว่าเซนเซอร์กราฟีนในปัจจุบันจะมีความละเอียดไม่เพียงพอที่จะแสดงภาพจริงในปัจจุบัน นักวิจัยได้จำลองว่าอาร์เรย์เซนเซอร์ขนาดใหญ่ที่จัดวางในการตั้งค่าอาจจับภาพฉากได้ (ดูรูปด้านบน) พวกเขากล่าวว่าพวกเขายังได้พัฒนาอัลกอริธึมที่จำเป็นในการสร้างภาพขึ้นใหม่จากข้อมูลสแต็กโฟกัสที่โปร่งใส
นักวิจัยสรุปว่า เมื่อเทียบกับวิธีการวัด pO 2 ทางคลินิกในปัจจุบัน CELI มีความละเอียดเชิงพื้นที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ และช่วยให้ได้ภาพมาพร้อมกันด้วยรังสีบำบัดหลายส่วน พวกเขาทราบว่าสามารถเพิ่มวิธีการนี้ลงในโปรโตคอลทางคลินิกได้อย่างง่ายดาย ทำให้สามารถประเมินเนื้องอก pO 2ได้ในขณะที่ให้ปริมาณรังสี ซึ่งเป็นเป้าหมายระยะยาวในการรักษาเนื้องอก
ขณะนี้ ทีมงานกำลังระบุลักษณะว่าภูมิภาคใดที่พวกเขาสามารถติดตามออกซิเจนได้มีขนาดเล็กเพียงใด และพวกเขาสามารถวัดได้เร็วเพียงใด “เป้าหมายของเราคือการผลิตภาพออกซิเจนในอัตราวิดีโอ ด้วยความละเอียดเชิงพื้นที่ที่ช่วย
เซ็นเซอร์แบบออปติคัลที่ทำงานในช่วงอินฟราเรดช่วงกลางถึงยาวของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้ามีการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงการตรวจวัดก๊าซ การถ่ายภาพความร้อน และการตรวจจับอันตรายในสิ่งแวดล้อม อย่างไรก็ตาม เซ็นเซอร์ดังกล่าวมีราคาแพงและอิงจากสารประกอบที่ประกอบด้วยปรอทที่เป็นพิษหรือช่องควอนตัมแบบ epitaxial หรือเครื่องตรวจจับแสงอินฟราเรดแบบจุดควอนตัมที่ยากและใช้เวลานานในการประดิษฐ์ นักวิจัยจากสถาบัน Photonic Sciences ในสเปนได้เอาชนะข้อบกพร่องเหล่านี้ด้วยการสร้างอุปกรณ์ควอนตัมดอทคอลลอยด์ (CQD) ที่ปราศจากสารปรอท ซึ่งสามารถตรวจจับแสงผ่านความยาวคลื่นที่เข้าถึงได้ยากเหล่านี้ เครื่องตรวจจับใหม่นี้ใช้ตะกั่วซัลไฟด์ (PbS) และเข้ากันได้กับเทคโนโลยีการผลิต CMOS มาตรฐาน
“แม้ว่าตัวตรวจจับแสง PbS CQD รุ่นก่อน ๆ จะแสดงประสิทธิภาพที่น่าสนใจในช่วงอินฟราเรดที่มองเห็นได้/คลื่นสั้น (VIS/SWIR) แต่ตอนนี้เราแสดงให้เห็นว่าพวกมันสามารถครอบคลุมช่วงอินฟราเรดความยาวคลื่นกลาง/ความยาวคลื่นยาวอินฟราเรด (MWIR/LWIR) ได้” Gerasimos Konstantatosหัวหน้าทีมอธิบาย “สิ่งนี้ทำให้ PbS CQDs เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์เพียงชนิดเดียวที่ครอบคลุมช่วงสเปกตรัมที่กว้างเช่นนี้”
Credit : cateringiperque.com cdmasternow.com cheaplinksoflondonshop.com conviviosfraternos.com cookwatchus.net craniopharyngiomas.net cubmasterchris.info digitalbitterness.com dward3.com edmontonwarhammerleague.com
