Giới thiệu
"Ảnh ma" thường được hiểu là việc tạo ảnh bằng ánh sáng chưa từng tương tác vật lý với vật thể được chụp trước đó. Thay vào đó, một trường ánh sáng tương tác với vật thể, và một trường ánh sáng khác chiếu vào bộ cảm biến hình ảnh. Ảnh ma hoạt động dựa trên mối quan hệ không gian giữa hai chùm tia này. Ở số lượng photon thấp, các mối quan hệ này thường phát sinh trực tiếp từ quá trình biến đổi tham số giảm bậc, trong đó một photon bơm đi vào tạo ra một cặp photon, được gọi là photon tín hiệu và photon trung gian, có vị trí tương quan cao. Tuy nhiên, mặc dù những minh chứng đầu tiên bắt nguồn từ cơ học lượng tử, người ta biết rằng nhiều chức năng của hệ thống ảnh ma có thể được chứng minh bằng cách sử dụng các mối quan hệ cổ điển. Trong một kịch bản ảnh ma cổ điển điển hình, nơi số lượng photon cao hơn nhiều, một bộ tách quang học đơn giản tạo ra một bản sao (lặp lại cả cường độ và pha) của chùm tia có cấu trúc không gian, độ chính xác của nó chỉ bị giới hạn bởi thống kê Poisson về số lượng photon trong hai chùm tia.
Tạo ảnh chồng lớp bằng cách sử dụng các photon tương quan.
Vào những năm 1990, Shih và các đồng nghiệp, cùng với những người khác, đã công bố một số bài báo chứng minh rằng mối quan hệ không gian giữa các cặp photon tín hiệu và photon nhàn rỗi thu được từ quá trình chuyển đổi tham số có thể được ứng dụng trong các hệ thống tạo ảnh ảo. Trong các hệ thống này, thông tin hình ảnh không chỉ xuất hiện trong chính các photon tín hiệu hoặc photon nhàn rỗi, mà còn trong mối quan hệ giữa chúng. Khái niệm cơ bản đằng sau phương pháp tạo ảnh này, sau này được gọi là tạo ảnh ảo, là mặt phẳng đầu ra của một tinh thể phi tuyến được biến đổi bằng quá trình chuyển đổi tham số được tạo ảnh sao cho các photon nhàn rỗi (hoặc photon tín hiệu) được chiếu lên vật thể, và các photon tín hiệu (hoặc photon nhàn rỗi) được chiếu lên một mảng cảm biến, hoặc thường hơn là một bộ dò quét raster. Một bộ dò bổ sung lớn, đơn phần tử (một pixel), thường được gọi là bộ dò thùng, thu thập các photon được truyền hoặc tán xạ trở lại từ vật thể. Do đó, bộ dò một pixel này không ghi lại thông tin hình ảnh mà cung cấp đầu ra nhị phân tùy thuộc vào việc các photon được truyền/tán xạ. Tương tự, bộ dò hình ảnh không trực tiếp cung cấp thông tin hình ảnh về vật thể, mà sau khi ghi lại một lượng lớn photon, nó sẽ tạo ra hình ảnh. Chỉ có một mặt cắt ngang của bức xạ chuyển đổi xuống sẽ được cung cấp. Các giao thức tạo ảnh ma liên quan đến việc ghi lại số lần xảy ra đồng thời giữa các photon tín hiệu và photon trung gian. Cụ thể, vị trí của photon chiếu vào bộ dò hình ảnh chỉ được ghi lại khi việc phát hiện nó trùng khớp với việc ghi photon bởi một bộ dò khác. Về cơ bản, photon trung gian chiếu sáng vật thể, và photon tín hiệu, liên quan đến photon trung gian đó, được bộ dò hình ảnh ghi lại. Một tập hợp con các photon tín hiệu được đo trùng khớp với việc phát hiện photon trung gian cho phép hiển thị hình ảnh.
Mô hình Klyshko用于 tái tạo hình ảnh.
Trong giai đoạn đầu nghiên cứu về ảnh ảo, Klyshko đã xây dựng một mô hình trực quan có thể dự đoán kết quả của các thí nghiệm như vậy. Trong mô hình của Klyshko, hay còn gọi là "phép chiếu ngược", bộ dò đơn phần tử được thay thế bằng nguồn sáng, và tinh thể phi tuyến được thay thế bằng gương. Trong một cấu trúc tương đương với ảnh ảo tiêu chuẩn, ta thấy rằng nguồn sáng chiếu sáng vật thể; mặt phẳng của vật thể được chiếu lên tinh thể/gương; và sau đó ánh sáng được chiếu lại lên bộ dò ảnh. Như vậy, ánh sáng phát ra từ nguồn chiếu sáng vật thể, và mặt phẳng này của vật thể trước tiên được chiếu lên tinh thể/gương, rồi sau đó được chiếu lại lên bộ dò ảnh ( Hình 1 ).
Trong các hệ thống tạo ảnh thông thường, tính nhất quán không gian của ánh sáng có thể chỉ ảnh hưởng nhỏ đến chi tiết hình ảnh, cả ánh sáng nhất quán và không nhất quán đều tạo ra hình ảnh tương tự nhau. Tuy nhiên, khi quan sát các mẫu nhiễu xạ của vật thể, tính nhất quán không gian của ánh sáng là rất quan trọng, và các hệ thống tạo ảnh ảo cũng dựa vào tính nhất quán không gian. Trong mô hình Klyshko, ta thấy rằng để quan sát các mẫu nhiễu xạ, ta phải chiếu sáng vật thể bằng ánh sáng nhất quán không gian và di chuyển bộ dò hình ảnh đến vùng xa của tinh thể/gương, tức là vùng xa của vật thể. Ánh sáng nhất quán không gian này trong mô hình Klyshko tương ứng với việc phát hiện nhất quán không gian trong các hệ thống tạo ảnh ảo, tức là giới hạn khẩu độ của bộ dò đơn phần tử sao cho các photon được phát hiện nằm trong chế độ không gian đơn mode. Việc lựa chọn chế độ này có thể dễ dàng đạt được bằng cách ghép nối bộ dò đơn phần tử thông qua một sợi quang đơn mode. Mặc dù thông lượng ánh sáng bị giảm đáng kể, nhưng việc lựa chọn không gian được áp dụng cho các photon trung gian có nghĩa là các photon tín hiệu được điều kiện tương tự, và các mẫu nhiễu xạ hình ảnh ảo thu được có độ tương phản cao.
Tạo ra các hình ảnh ảo bằng cách sử dụng các mối quan hệ bắt nguồn từ hiện tượng vướng víu lượng tử.
Việc sử dụng phép biến đổi tham số chuyển đổi xuống để tái tạo các cặp photon thường được sử dụng trong hệ thống ảnh ảo có thể dẫn chúng ta đến kết luận rằng ảnh ảo về cơ bản là một quá trình lượng tử. Thật vậy, người ta biết rằng phép biến đổi tham số chuyển đổi xuống dẫn đến việc tạo ra các cặp photon vướng víu. Tuy nhiên, ảnh ảo chỉ sử dụng mối quan hệ không gian của các cặp photon, và mối quan hệ không gian là những thuộc tính về mặt lý thuyết có thể được suy ra từ các nguồn cổ điển. Thật vậy, một chùm tia laser quét chiếu vào một bộ tách quang học cho phép kiểm tra một vật thể bằng một chùm tia trong khi đồng thời thu được thông tin về vị trí quét bằng một chùm tia khác. Một hệ thống hoàn toàn cổ điển như vậy có thể tái tạo nhiều đặc điểm hình ảnh của một nguồn chuyển đổi xuống.
Chúng ta cần nhớ rằng trong bối cảnh các nghiên cứu Einstein–Podolsky–Rosen (EPR), cần phải chứng minh mối quan hệ giữa hai biến phụ trợ: mối quan hệ về vị trí và động lượng ngang của hai photon. Trong hệ thống tạo ảnh được mô tả ở trên, mặt phẳng tinh thể được tạo ảnh cho cả vật thể và bộ dò ảnh dựa trên mối quan hệ không gian gần như hoàn hảo giữa photon tín hiệu và photon trung gian trong quá trình biến đổi xuống. Tuy nhiên, trong mặt phẳng tinh thể, photon tín hiệu và photon trung gian có mối quan hệ nghịch đảo về động lượng ngang. Do đó, ở các vùng xa của tinh thể, vị trí của photon tín hiệu và photon trung gian có mối quan hệ nghịch đảo. Việc đặt cả vật thể và bộ dò ảnh ở các vùng xa của tinh thể tạo ra một hệ thống tạo ảnh ảo, nhưng một ảnh bị đảo ngược so với vật thể. Ảnh thuận hoặc đảo ngược này, tùy thuộc vào cấu hình hệ thống, minh họa sự vướng mắc của EPR ( Hình 2 ), và mặc dù cả hai kết quả có thể được tạo ra độc lập bằng cách sử dụng chùm tia laser quét, nhưng không có hệ thống cổ điển nào có thể tạo ra cả hai.
Những lợi ích của việc tạo ảnh ảo.
Một dạng tạo ảnh ảo khác mang lại hiệu suất vượt trội là khi phép biến đổi tham số chuyển đổi xuống được khớp pha để đạt được bước sóng tín hiệu và bước sóng phụ không bị suy giảm. Bằng cách này, một vật thể có thể được chiếu sáng ở một bước sóng và thông tin không gian được ghi lại ở một bước sóng khác, có thể ở những vùng mà bộ dò hình ảnh nhạy hơn hoặc ít nhiễu hơn. Hầu hết các hệ thống tạo ảnh ảo được chứng minh cho đến nay đều gặp phải cùng một nhược điểm thực tế: bộ dò hình ảnh là bộ dò đơn phần tử quét raster, và điều này làm giảm đáng kể hiệu suất lượng tử tổng thể của hệ thống tỷ lệ thuận với số lượng pixel trong hình ảnh. Lý tưởng nhất, chúng ta muốn sử dụng một mảng dò làm bộ dò hình ảnh; tuy nhiên, cho đến gần đây, nhiễu tích lũy của các mảng như vậy quá cao để có thể đo vị trí của một photon đơn lẻ trong phổ nhìn thấy một cách đáng tin cậy. Một trong những nỗ lực của nhóm chúng tôi là sử dụng camera tăng cường cường độ để thực hiện điều này. Bằng cách giảm thời gian cổng của camera tăng cường cường độ sao cho độ khuếch đại chỉ lớn trong thời gian photon đến, số lượng sự kiện tối có thể được giảm xuống dưới một sự kiện tối trên mỗi khung hình. Việc phát hiện photon nhàn rỗi bằng bộ dò đơn phần tử được sử dụng để điều chỉnh việc phát hiện photon tín hiệu tương đối theo vị trí, và sự tổng hợp của một lượng lớn các sự kiện photon này sẽ tạo ra hình ảnh. Các chuỗi phát hiện photon nhàn rỗi và tín hiệu tiếp theo được kéo dài hơn nữa do độ trễ kích thích của chính camera. Điều này có nghĩa là trong cấu hình của chúng tôi, các photon tín hiệu cần được làm trễ bằng dây dẫn trễ quang học để bảo toàn hình ảnh. Phương pháp dựa trên camera này đã được cấu hình trong các kính hiển vi gần đây, tận dụng sự khớp pha không bị suy giảm để cho phép ánh sáng hồng ngoại đi qua trong khi vẫn phát hiện các vật thể nhỏ, có thể nhìn thấy được.
Trong công trình nghiên cứu gần đây của Zeilinger và các cộng sự, các cấu hình tạo ảnh thay thế cũng chứng minh khả năng biến đổi bước sóng tương tự. Sự giao thoa giữa các đầu ra của các tinh thể biến đổi bước sóng được bơm đồng thời tạo ra tình huống mà việc chặn hoặc dịch pha một chùm tia phụ sẽ làm thay đổi sự giao thoa giữa các chùm tia nhìn thấy được, từ đó tạo ra hình ảnh. Lưu ý rằng chùm tia phụ, chùm tia duy nhất tương tác với vật thể, thậm chí không cần thiết cho việc phát hiện.
Một dạng khác của kỹ thuật tạo ảnh ảo là tạo ảnh bảo mật lượng tử, đảm bảo rằng hình ảnh thu được là sự thể hiện chân thực của vật thể. Điều này loại bỏ khả năng kẻ nghe trộm hoặc chính vật thể có thể thao túng các photon được truyền đến người quan sát theo cách làm sai lệch hình ảnh. Một quy trình tương tự như giao thức BB84 về phân phối khóa lượng tử có thể được sử dụng để đảm bảo tính toàn vẹn của quá trình tạo ảnh. Trong ngôn ngữ truyền thông lượng tử, Alice (người gửi) và Bob (người nhận) cùng nhau tạo thành hệ thống tạo ảnh, do đó chiếm cùng một vị trí, trong khi vật thể cần tạo ảnh ảo đóng vai trò là kẻ nghe trộm. Kẻ nghe trộm có thể đánh cắp các photon từ một chùm tia sáng và thay thế chúng bằng các photon có cấu trúc ngang của vật thể bị làm giả. Để ngăn chặn sự thao túng như vậy, Alice và Bob sử dụng mã hóa phân cực cho việc truyền photon đơn và các giao thức truyền thông lượng tử tiêu chuẩn để đảm bảo rằng photon nhận được thực sự là photon đã gửi.
Trong các cấu hình tạo ảnh bóng mờ khác, chúng ta có thể ghi lại cả chùm tia hình ảnh và chùm tia phụ, trong đó tỷ lệ của hai chùm tia làm giảm nhiễu Poisson có trong cả hai, dẫn đến hình ảnh giảm nhiễu. Trên thực tế, công nghệ máy ảnh mới nhất cho phép quan sát sự vướng víu trong hàng ngàn chế độ không gian.
Giảm nhiễu ảnh với số lượng photon thấp.
Khả năng ghi lại vị trí không gian của từng photon đặt ra câu hỏi cần bao nhiêu photon để tạo ra một hình ảnh. Thông thường, hình ảnh được chụp bởi các máy ảnh kỹ thuật số hiệu năng cao có thể có tới 10⁵ photon trên mỗi pixel. Ngược lại, có thể phân biệt các chế độ quang học chỉ bằng một photon duy nhất; ví dụ, hãy xem xét công việc liên quan đến việc đo mômen động lượng quỹ đạo bằng một photon duy nhất. Chìa khóa để phân biệt là mức độ quỹ đạo giữa các hình ảnh/trạng thái cần phân biệt. Việc phân biệt hình ảnh bị ảnh hưởng vì pha thường không thể đo được; chỉ có thể đo được sự phân bố cường độ. Tuy nhiên, sự phân bố cường độ của hai hình ảnh vuông góc thường không phải là quỹ đạo, vì vậy cần nhiều photon để phân biệt hình ảnh này với hình ảnh khác. Khi số lượng photon trung bình trên mỗi pixel thấp, ngay cả khi các pixel liền kề có cường độ cơ bản tương tự, số lượng photon trong các pixel liền kề có xu hướng khác nhau do đặc tính Poisson của nhiễu ngẫu nhiên. Do đó, hình ảnh được tạo thành từ một số lượng nhỏ photon vốn dĩ có mức độ nhiễu cao.
Có thể sử dụng nhiều thuật toán khác nhau để giảm nhiễu ảnh. Nhiều thuật toán trong số này sử dụng mô hình nhiễu Gaussian hoặc mô hình đo lường tùy ý kết hợp với các đặc điểm ảnh mong muốn. Đối với ảnh điển hình của chúng ta, tình huống hơi khác một chút, nhưng rõ ràng hơn. Phép đo (ví dụ: số lượng photon) vốn dĩ là số nguyên và chịu ảnh hưởng của nhiễu ngẫu nhiên, trong khi cường độ cơ bản là số thập phân. Nếu không có bất kỳ giả định nào khác, ảnh được báo cáo chỉ đơn giản là phản ánh dữ liệu. Tuy nhiên, nếu chúng ta giả định việc làm mỏng trong miền tần số không gian hoặc các ràng buộc làm mịn tương tự, chúng ta có thể định nghĩa một hàm chi phí có thể tái tạo ảnh như một sự thỏa hiệp giữa ảnh đáp ứng dữ liệu (trong phạm vi xác suất thống kê) và ảnh đáp ứng các ràng buộc làm mịn.
Tạo ảnh ảo bằng cách sử dụng các mối quan hệ cổ điển bắt nguồn từ các nguồn nhiệt-ánh sáng ảo.
Cuộc tranh luận về việc liệu ảnh ảo sử dụng cặp photon có đặc tính lượng tử hay không đã truyền cảm hứng cho Gatti và các đồng nghiệp đề xuất và chứng minh việc sử dụng nguồn sáng nhiệt ảo thay vì nguồn sáng chuyển đổi xuống, bất kể tác động của nó đến cuộc tranh luận lượng tử-cổ điển. Phương pháp của họ đã mở ra những hướng đi mới cho các kỹ thuật tạo ảnh thực tiễn. Nguồn sáng nhiệt ảo là một tia laser được chiếu qua một màn hình kính mờ quay và được làm ngẫu nhiên hơn nữa bằng cách chiếu qua một môi trường mờ đục. Cường độ của chùm tia quang học thu được thay đổi theo thời gian, và hai bản sao gần như giống hệt nhau của chùm tia này được tạo ra bằng cách sử dụng bộ tách quang học. Bên cạnh những khiếm khuyết kỹ thuật của thấu kính, độ chính xác tương quan giữa hai chùm tia chỉ bị giới hạn bởi sự dao động của nhiễu xung kích. Do đó, đối với một chùm tia cổ điển với số lượng photon lớn, độ mạnh của tương quan là cao. Tương tự, với ảnh ảo sử dụng cặp photon, một chùm tia cổ điển được chiếu lên vật thể và một chùm tia khác được chiếu lên bộ dò. Trong hệ thống cặp photon, các photon được đo tại các vị trí cụ thể, và tương quan giữa hai photon là bằng không hoặc bằng một. Trong hệ thống cổ điển đa photon, các phép đo không gian là các mẫu phức tạp lấp đầy trường nhìn, và cường độ tương quan phụ thuộc vào mức độ chồng chéo giữa mẫu và vật thể, thường không bằng không hoặc không hoàn hảo. Một số mối quan hệ này có nghĩa là, khi kết hợp tất cả các mẫu ngẫu nhiên, hình ảnh thu được sẽ chứa thông tin của vật thể, nhưng hình ảnh thực này sẽ được chồng lên một nền gần như đồng nhất, nhưng không phải bằng không. Trên thực tế, sự hiện diện của nền không bằng không này phân biệt ảnh ảo đa photon sử dụng nguồn nhiệt với ảnh ảo hai photon không nền sử dụng nguồn biến đổi xuống tham số hóa đã thảo luận ở trên.
Việc tái tạo hình ảnh từ các phép đo tương quan từng phần này có thể được thực hiện với độ phức tạp khác nhau. Các thuật toán đơn giản nhất sẽ gán trọng số cho mỗi mẫu đã biết bằng biên độ của tín hiệu được ghi lại bởi một bộ dò đơn phần tử, sau đó kết hợp các mẫu đã được gán trọng số này. Kết quả là một hình ảnh gần đúng được chồng lên một nền gần như đồng nhất. Có thể cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu bằng cách sử dụng nhiều kỹ thuật chuẩn hóa khác nhau, và việc cải thiện hơn nữa tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu và/hoặc giảm số lượng phép đo cần thiết có thể đạt được bằng cách sử dụng các kỹ thuật nén và phát hiện ngược.
Tạo ảnh ma bằng máy tính.
Kỹ thuật tạo ảnh ảo kinh điển này đã được Shapiro phát triển thêm, ông đã xem xét trường hợp sử dụng bộ điều biến không gian để tạo ra các mẫu cường độ ngẫu nhiên nhằm chiếu sáng một vật thể. [Vì các mẫu ánh sáng được tạo ra từ chương trình đã biết của bộ điều biến không gian, nên máy photocopy và bộ dò ảnh có thể được loại bỏ khỏi thiết bị. Mối quan hệ không gian lúc này không phải giữa hai chùm tia, mà là giữa một chùm tia và mẫu được tính toán được lưu trữ trong bộ nhớ máy tính. Do đó, kỹ thuật này được gọi là tạo ảnh ảo bằng phương pháp tính toán. Trong trường hợp này, bộ dò duy nhất cần thiết là bộ dò đơn phần tử để đo cường độ ánh sáng truyền/phản xạ bởi vật thể. Một lần nữa, hình ảnh có thể được thu được một cách đơn giản bằng cách kết hợp tất cả các mẫu, mỗi mẫu có trọng số tương ứng với tín hiệu từ bộ dò.]
Phương pháp tính toán này cực kỳ dễ thực hiện vì công nghệ điều biến không gian để định hình trường ánh sáng tương đối tiên tiến, chủ yếu là do thị trường màn hình. Phương pháp này đặc biệt hữu ích trong các vùng quang phổ mà việc chiếu mẫu không gian dễ dàng hơn so với việc chụp ảnh cảnh. Trong trường hợp này, chỉ cần một bộ dò đơn phần tử nhạy với bước sóng thích hợp; do đó, sự kết hợp của các bộ dò khác nhau cho phép chụp ảnh đa chế độ, cung cấp phạm vi bước sóng rộng hơn và độ nhạy phân cực cao hơn.
Một phương pháp khác sử dụng nhiều đầu dò là đặt chúng sao cho thu được ánh sáng tán xạ ngược theo các hướng khác nhau. Nếu vật thể không phẳng, cường độ ánh sáng tán xạ ngược sẽ thay đổi tùy thuộc vào hướng của bề mặt so với vị trí của đầu dò. Kết quả là hình ảnh được tái tạo trông như thể được chiếu sáng bởi một nguồn sáng lệch trục, tạo ra bóng và các hiệu ứng tương tự trong hình ảnh. [Bằng cách kết hợp nhiều hình ảnh thu được từ các vị trí đầu dò khác nhau, và do đó có các chi tiết bóng khác nhau, có thể tái tạo hình dạng ba chiều của vật thể bằng kỹ thuật gọi là phép đo lập thể quang học.]
Camera đơn điểm ảnh
Lĩnh vực tạo ảnh ảo bằng máy tính có những điểm tương đồng với kỹ thuật tạo ảnh ảo cổ điển nói chung, và đặc biệt là với máy ảnh một điểm ảnh. Máy ảnh một điểm ảnh cũng sử dụng bộ dò một phần tử và bộ điều biến không gian để tạo ảnh, trong khi hệ thống tạo ảnh ảo bằng máy tính sử dụng bộ điều biến không gian để tạo ra các mẫu chiếu sáng không gian và bộ dò một phần tử để đo ánh sáng truyền/phản xạ từ vật thể. Tuy nhiên, máy ảnh một điểm ảnh sử dụng ánh sáng không có mẫu để chiếu sáng vật thể, bộ điều biến không gian để lọc ảnh được chiếu và bộ dò một phần tử để đo mối quan hệ giữa các mẫu đã biết và vật thể ( Hình 4 ).
Mặc dù các nguyên tắc của máy ảnh bóng mờ/máy ảnh một điểm ảnh về mặt lý thuyết có thể áp dụng cho các lĩnh vực phức tạp, nhưng sự sẵn có của các thiết bị gương vi mô kỹ thuật số (DMM) hiệu suất cao, tốc độ cao như những thiết bị được tìm thấy trong hầu hết các máy chiếu trình chiếu hoặc máy chiếu kỹ thuật số khiến việc chỉ sử dụng các mối quan hệ cường độ trở nên đặc biệt hấp dẫn. DMM hoạt động trên một dải quang phổ rộng và có thể hiển thị hơn 20.000 mẫu nhị phân mỗi giây. Việc lựa chọn tập hợp mẫu chiếu sáng tối ưu phụ thuộc vào đặc điểm của vật thể được chụp ảnh. Lý tưởng nhất, các mẫu là trực giao và có chung một số đặc điểm với vật thể. Nói chung, số lượng mẫu mong muốn bằng số lượng pixel trong ảnh. Tuy nhiên, trong khi phép xấp xỉ này về số lượng mẫu mong muốn là chính xác đối với hình ảnh của các vật thể ngẫu nhiên, nếu vật thể được biết là thưa thớt trong một cơ sở cụ thể (ví dụ: tần số không gian), thì có thể đạt được ước lượng hình ảnh tuyệt vời bằng cách sử dụng ít mẫu/phép đo hơn nhiều. Định dạng nén dữ liệu này có sự tương đồng về mặt khái niệm và hoạt động với thuật toán nén ảnh JPEG, vốn là trọng tâm của việc truyền tải và lưu trữ hình ảnh và video.
Việc vận hành các thuật toán này có thể thực hiện thông qua nhiều hình thức khác nhau, nhưng nhìn chung chúng có thể dựa trên việc tối ưu hóa hàm chi phí, từ đó tạo ra một bức tranh về sự thỏa hiệp giữa dữ liệu thu thập được (không chắc chắn) và các giả định về tính thưa thớt không gian, và trong trường hợp video, cả tính thưa thớt thời gian nữa.
Việc sử dụng các bộ dò đơn phần tử này để thu thập thông tin hình ảnh mở ra một số cơ hội không thể đạt được với các mảng cảm biến mặt phẳng tiêu cự giá rẻ. Ví dụ, sử dụng camera một điểm ảnh để tạo ra hệ thống hình ảnh hồng ngoại sóng ngắn có nghĩa là có thể chụp ảnh sự suy giảm của một diode laser phù hợp, được điều chỉnh để phù hợp với sự hấp thụ của một loại khí mục tiêu như metan. Ngoài việc bao phủ các bước sóng khó tiếp cận mà các mảng cảm biến đắt tiền hoặc không thể sử dụng được, các bộ dò đơn phần tử còn cung cấp độ phân giải thời gian vượt trội, cho phép bổ sung các phép đo độ sâu trong hình ảnh. Việc sử dụng chiếu sáng xung và phát hiện phân tách thời gian cho mỗi mẫu không chỉ cung cấp thông tin x , y liên quan đến cường độ hình ảnh mà còn cung cấp thông tin z cho mỗi điểm ảnh của hình ảnh.
Bản tóm tắt
Việc quang sai là một hiện tượng lượng tử hay chỉ đơn thuần là một hiện tượng cổ điển được khơi gợi từ sự hiểu biết của chúng ta về cơ học lượng tử là một cuộc tranh luận hấp dẫn. Tuy nhiên, có lẽ câu hỏi quan trọng hơn là liệu quang sai có mang lại những hiểu biết và kỹ thuật dẫn đến hiệu suất được cải thiện hoặc thậm chí là những khả năng mới cho các hệ thống hình ảnh hay không. Các cơ hội trải rộng từ việc lựa chọn các tính chất lượng tử dẫn đến việc chụp ảnh ở các bước sóng thay thế và bổ sung, đến khả năng thu được hình ảnh từ số lượng photon nhỏ nhất có thể, chỉ bị giới hạn bởi tính trực giao và độ phân giải dưới giới hạn nhiễu xạ. Những lựa chọn này có ý nghĩa quan trọng đối với các thiết bị phòng thí nghiệm thông thường như kính hiển vi, nhưng cũng mở rộng đến các ứng dụng thương mại như trực quan hóa đám khí và các cân nhắc về an ninh đối với việc chụp ảnh bí mật.
