Yeni bir bilgisayarlı görüntüleme yöntemi ile bir kağıt yığının ilk dokuz yaprağına basılmış harfler tanımlanabiliyor. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) ve Georgia Teknoloji Enstitüsü (Georgia Tech) araştırmacılarının ortak çalışması sonucunda geliştirilen bu teknik sayesinde kitapların kapağını açmadan okumak mümkün olacağa benziyor.

Geçtiğimiz haftalarda Nature Communications dergisinde yayımlanan bir makalede bu sistem için bir prototip tanımlayan ekip, ürettikleri aygıtı her kağıtta tek bir harfin basılı olduğu bir kağıt yığını ile denediklerini anlatıyor. Sistemin, en üstteki 9 yaprağa basılmış olan harfleri doğru biçimde saptayabildiğini belirtiyorlar.

"New York'ta bulunan Metropolitan Müzesi buna büyük ilgi gösterdi; çünkü örneğin dokunmak bile istemedikleri antik kitapların içinde ne yazdığını öğrenmek istiyorlar." diyor makale yazarlarından Barmak Heshmat. Ayrıca bu sistemle ince katmanlar biçiminde düzenlenmiş herhangi bir malzemenin de (örneğin makine parçası kaplamalarının ya da ilaçların) analizinde kullanılabileceğini ekliyor.

Terahertz Işınım Avantajlı

Sistemin tasarlanması sırasına MIT araştırmacıları kağıt yığınındaki her bir yapraktan görüntü alacak algoritmaları geliştirirken, Georgia Tech araştırmacıları da çoğu zaman şekli kaymış ya da tamamlanmamış görüntülerin birer harf olarak yorumlanabilmesini sağlayan algoritmayı geliştirdi. Heshmat harf yorumlayıcı bu algoritmayı biraz ürkütücü bulduğunu ifade ediyor: "Birçok web sitesi giriş yapmaya çalışanın robot olmadığından emin olmak için harf tanıma sınamaları yapıyor ve bu algoritma birçoğunu aşmayı başarabilir."

Sistem, mikrodalga ile kızılötesi arasında bulunan bir elektromanyetik ışınım türü olan terahertz ışınım (t-ışınları) kullanıyor. Terahertz ışınımın, yüzeylere nüfuz edebilen diğer dalga türlerine (x-ışınlarına veya ses dalgalarına) göre çeşitli avantajları var.

Güvenlik taramalarında kullanımı yönünden terahertz ışınım büyük ölçüde incelenmişti; çünkü farklı kimyasallar, farklı frekanslardaki terahertz ışınımı farklı derecelerde soğuruyordu. Bu da her kimyasalın ayırt edici bir frekans imzası üretmesini sağlıyor. Aynı nedenle terahertz frekans profilleri, boş kağıt ile mürekkep arasında ayrım yapabilirken, x-ışınları ise bunu yapamıyor. Terahertz ışınım ayrıca öyle kısa atımlarla yayılabiliyor ki, aldığı yol ışınımın yayılma zamanı ile yansıyan ışınımın sensöre dönmesi arasında geçen zamandan ölçülebiliyor. Bu da sisteme ultrasondan çok daha iyi bir derinlik çözünürlüğü kazandırıyor.

Gürültüyü Süzmek Gerek

Sistem şu durumdan yararlanıyor: Bir kitabın yaprakları arasında yaklaşık 20 mikrometre derinliğinde hava boşlukları bulunur. Hava ile kağıdın kırma indisleri (ışığı bükme derecesindeki) arasındaki fark, ikisi arasındaki sınırın terahertz ışınımı bir algıça (dedektöre) geri yansıtması anlamına gelir. Araştırmacıların düzeneğinde standart bir terahertz kamera ultra kısa ışınım atımları yayıyor ve kameranın içindeki sensör, bunların yansımalarını algılıyor. Yansımaların varış zamanından, MIT araştırmacılarının algoritması kitabın sayfaları arasındaki uzaklığı ölçebiliyor.

Işınımın büyük bölümü kitap tarafından soğurulmakta ya da yansıtılmakta iken, bir kısmı ise sensöre dönmeden önce sayfalar arasında sekerek, sahte bir sinyal üretiyor. Sensörün elektroniği de ayrıca bir arka plan uğultusuna neden oluyor. MIT araştırmacılarının algoritmasının görevlerinden biri de, işte tüm bu "gürültü"yü süzmekti.

Terahertz Görüntüleme Gelişecek

Sayfalar arası uzaklığı bilmek bu konuda yararlı oluyor: Algoritmanın sadece varış zamanları gerçek yansımalar olduklarına işaret eden terahertz sinyallere odaklanmasını sağlıyor. Ardından yansıtıcı yüzeylerin kimyasal özellikleri hakkında bilgi elde etmek için algoritma şunlara bakıyor: Yansıma enerjilerinin iki farklı ölçümü ve gerçek yansımaların enerji profilleri ile gürültü istatistiğine ilişkin varsayımlar.

Şu anda algoritma doğru bir biçimde kameradan bir yığının ilk 20 sayfasında kadar olan uzaklığı çıkarsayabiliyor. Ancak dokuz sayfalık derinliği aşınca yansıyan sinyalin enerjisi o kadar düşük oluyor ki, frekans imzaları arasındaki fark gürültü tarafından bastırılıyor. Terahertz görüntüleme henüz çok yeni bir teknoloji olmakla birlikte, geliştirilmesi yolundaki çalışmalar sürüyor. İleride hem algıçların duyarlılığının, hem de ışınım kaynaklarının gücünün artırılması ve böylece daha derine nüfuz edilebilmesi umuluyor.

---

Kaynak: MIT, "Researchers prototype system for reading closed books"
< http://news.mit.edu/2016/computational-imaging-method-reads-closed-books-0909 >

İlgili Makale: A. R. Sanchez, B. Heshmat*, A. Aghasi, M. Zhang, S. Naqvi, J. Romberg, R. Raskar, “Terahertz time-gated spectroscopic imaging for content extraction through layered structures”, Nature Communications, www.nature.com/articles/srep20217

Proje Sayfası: Camera Culture, MIT Media Lab
< http://cameraculture.media.mit.edu/can-computers-read-through-closed-books/ >

---