Keskin bir köşenin ardını oraya dönmeden görebilir misiniz? X-ışın görüşünüz varsa yapabilirsiniz. Ya da daha dünyevi bir yaklaşım ayna k...
Keskin bir köşenin ardını oraya dönmeden görebilir misiniz? X-ışın görüşünüz varsa yapabilirsiniz. Ya da daha dünyevi bir yaklaşım ayna kullanmak olabilir. Artık, bu iki seçeneğin dışında bir olasılık daha var. Genevieve Gariepy liderliğinde bir bilim ekibi tarafından geliştirilen son teknoloji ürünü bir algılayıcı, akıllıca veri işleme teknikleri kullanarak, duvarları veya zemini “sanal ayna” haline getirebiliyor. Böylece doğrudan görüş alanında olmayan nesnelerin konumlarını ve hareketlerini izleyebiliyor.
Bir aynanın parlak yüzeyi, bir nesneden saçılan ışığı gözünüze doğru iyi tanımlanmış bir açıda yansıtarak iş görür. Nesnenin farklı noktalarından saçılan ışık aynı açıda yansıtıldığından, gözünüz nesnenin duru bir görüntüsünü görür. Yansıtıcı olmayan yüzeylerden ışık rastgele olarak her yöne saçıldığından, duru bir görüntü oluşmaz. Şimdi ise Heriot-Watt Üniversitesi ve Edinburgh Üniversitesi’nden araştırmacılar, ışığı görünüşte rastgele saçan nesnelerden enformasyon çekmenin bir yolunu buldu. Nature Photonics dergisinde yayımlanan makalelerinde ayrıntılarını paylaştıkları yöntem, lazerli menzil bulma teknolojisine dayanıyor. Bu teknikte bir nesneye olan uzaklık, bir ışık atımının nesneye ulaşıp saçılarak, algılayıcıya geri dönmesi için gereken zamana göre ölçülüyor.
Zemine gönderilen lazer ışığı bir küresel dalga olarak saçılıyor. Nesneden yansıyor ve SPAD dedektörüne geri geliyor. Burada gürültülü veri ayıklanıyor ve nesne ortaya çıkarılıyor. Telif: Gariepy et al./Nature Photonics
İlkesel olarak ölçüm oldukça basit. Bir lazer atımı zeminden zıplayarak, tüm yönlere saçılıyor. Lazer ışığının küçük bir bölümü de nesneye çarpıyor ve ardından geri saçılan ışık, lazerin çarptığı noktanın bitişiğindeki bir zemin bölgesine, yani “sanal ayna”ya kaydediliyor. Işığın hızı bilindiği ve değişmediği için, lazer atımının başlangıcı ile sanal ayna olan zemin bölgesine ulaşan saçılmış ışık arasındaki zaman aralığı ölçülerek, nesnenin konumu üçgenleniyor; nirengi ile uzaklık hesabı yapılıyor.
Bu zamanlama ölçümünün saniyenin 500 milyarda biri (500 nanosaniye) mertebesinde doğruluk taşıması gerekiyor. Algılanması gereken ışık düzeyleri de aşırı düşük oluyor. Bu güçlüklerin ikisinin de üstesinden gelmek için ciddi lazer ve dedektör teknolojileri gerekiyor. Zaman ölçümünde kullanılan lazer atımları sadece 10 femtosaniye (10^-15 s) uzunluğunda. Zemin bölgesini görüntülemek için kullanılan ultra-duyarlı kameradaki (tek-piksel artan diyot dizisi – SPAD) her bir piksel ise aslında saçılan ışık atımının varış anını kaydeden ultra-hızlı bir kronometre.
Tabi güçlükler bununla kalmıyor. İlgilenilen nesneden saçılan ışık zeminin sanal aynasına ulaşıyor, fakat çevrede bulunan tüm diğer nesnelerden saçılan ışık da aynısını yapıyor. Dolayısıyla tekniğin başarısı, ilgilenilen nesneden saçılmış ışık ile öteki nesnelerden saçılmış ışığın ayrılabilmesine bağlı. Bunu sağlamak için de, ilgilenilen nesne hareketli iken, diğer her şeyin hareketsiz olduğu gerçeği göz önüne alınıyor. Hareketli nesne, sanal aynada zaman içinde değişen bir sinyal ürettiği için etraftaki durağan nesnelerden kaynaklanan sabit arkaplan sinyalinden ayırt edilebiliyor.
Aşılması gereken son bir zorluk da şu: Sanal aynadaki tek bir noktaya varan ve algılayıcıdaki tek bir piksel tarafından kaydedilen saçılmış ışığın zaman ölçümü, ne yazık ki nesneyi tek bir belli konumda belirlemiyor. Benzer bir zaman gecikmesi, sanal aynadan uygun uzaklıktaki herhangi sayıdaki farklı konumda belirlenen nesnelerden kaynaklanabilir. Tek bir pikselin verdiği zamanlama verisi sadece belli bir menzil içindeki konumlarda bulunan nesneyi belirleyebilirken, söz konusu menzil her piksel için farklı oluyor. Ancak zamanlama koşulunun eşzamanlı olarak tüm pikseller için sağlandığı tek bir konum olduğundan, nesnenin arkaplandan net bir şekilde ayrıştırılması mümkün oluyor.
Çalışmada kullanılan prototip bir kamera sistemi, nesnenin konumunun duvarın arkasından birkaç santimetre duyarlılıkla belirlenmesini sağlıyor. Ayrıca birkaç saniyede bir ölçüm yaparak, kamera nesnenin hızını da hesaplayabiliyor. Uzun veri işleme zamanı gerektiren eski yöntemlerin tersine, bu yeni metod ile hareketli nesneler aynı anda izlenebiliyor. Şimdilik zemindeki sanal aynadan 60 cm uzaklığa kadar olan nesneleri belirleyebilen tekniğin 10 metre’ye kadar geliştirilebileceği düşünülüyor. Bu arada nesnelerin biçiminin de daha iyi belirlenmesi konusunda çalışılıyor. Her ne kadar bilimkurgunun x-ışın görüşü kadar umut vaad edici ve işe yarar olmasa da, araştırmacılar bu tekniğin ileride oldukça ilginç uygulamalarının yapılabileceğini vurguluyorlar.
< http://phys.org/news/2015-12-amazing-camera-corners-video.html >
Referans Makale: Genevieve Gariepy et al. Detection and tracking of moving objects hidden from view, Nature Photonics (2015). DOI: 10.1038/nphoton.2015.234
< http://dx.doi.org/10.1038/nphoton.2015.234 >
Yorumlar