פיתוח פורץ דרך של חוקרי הטכניון

חוקרים מהפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי בטכניון פיתחו טכנולוגיה חדשנית לדימות מהיר והדגימו את ביצועיה בשחזור תנועה של בעל חיים זעיר. את הפיתוח שהתפרסם ב- Nature Communicationsהובילו פרופ”ח אמיר רוזנטל, הדוקטורנט יבגני חכמוביץ’ והמסטרנט שגיא מונין.

בסרטונים: שחזור תנועת תולעי elegans בטכנולוגיה החדשה. יצירת סרטונים כאלה אינה אפשרית בטכנולוגיות ה- SPIהקיימות

הטכנולוגיה שפיתחו החוקרים מבוססת על הקונספט החדשני SPI (Single-pixel imaging) – דימות באמצעות חיישן בעל פיקסל יחיד. לקונספט זה, המאפשר צילום ללא מצלמה, פוטנציאל נרחב ביישומים מגוונים כגון פיתוח מרכיבים במערכות התראה ברכב אוטונומי ושיפור היכולת של מיקרוסקופים לראות לעומקן של רקמות ביולוגיות.

SPI מבוסס על הארה של האובייקט בדפוסי אור מקודדים המיוצרים בדרך כלל על ידי מקרן. על סמך מאפייני האור המוחזר מהאובייקט אפשר להפיק את תמונת האובייקט באמצעות אלגוריתמי שחזור. הבעיה היא שעד כה התאפיינו מערכות אלה במגבלות משמעותיות, שאחת מהן היא קצב הצילום האיטי (רכישת התמונות, במילים מקצועיות). קצב זה נובע מכך שהמקרנים עצמם איטיים, עובדה שהגבילה אותם עד כה לצילום של אובייקטים נייחים.

חוקרי הטכניון פרצו את המגבלה האמורה באמצעות שיטה חדשה לקידוד מרחבי של אור בתדרים חסרי תקדים – 2.4 מגה-הרץ לעומת 22 קילו-הרץ, שהוא התדר המקסימלי בטכנולוגיות SPI כיום. מדובר בשיפור של יותר מפי 100 בקצב ההקרנה ובמהירות רכישת התמונה. באמצעות מתקן מסתובב שעליו מסכה לקידוד האור יצרו החוקרים דפוס הארה חדש לחלוטין ומיקרוסקופ SPI בעל יכולות חסרות תקדים.

כדי להדגים את יכולותיה של המערכת הפיקה קבוצת המחקר סרטונים בקצב של 72 תמונות (פריימים) בשנייה. הסרטונים מציגים במדויק את התנועה המורכבת של תולעי C. elegans – דבר שלא היה אפשרי בטכנולוגיות ה- SPIהקיימות.

מרכז אולנדורף מינרבה בטכניון סיפק תמיכה פיננסית למחקר.

למאמר בכתב העת Nature Communications  לחצו כאן