תוך כדי תנועה

יותר לא נשמע את המשפט "לא לזוז! מצלמים!". חוקרים מאוניברסיטת תל אביב פיתחו תהליך צילום, שמאפשר צילום חד וברור של עצמים נעים מבלי שהתזוזה "נמרחת" על התמונה. הפיתוח כולל רכיב אופטי, שמקודד מידע על תזוזה ומבצע עיבוד דיגיטלי מותאם.

לצבוע את התנועה

"המונח 'חשיפה ארוכה' מתייחס תמיד למהירות העצם המצולם", מסביר הדוקטורנט שי אלמלם מבית הספר להנדסת חשמל בפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן, שפיתח את שיטת העיבוד המשולבת, בהנחיית פרופ' עמנואל מרום ז"ל וד"ר רג'א ג'יריס. "כשמצלמים מכונית מרוץ, גם חשיפה של עשירית שנייה עלולה להיות ארוכה מדי, ואם המצולם הוא אדם הולך – חשיפה ארוכה תיחשב לכזו של שנייה או יותר. בגישה המקובלת כיום, מתכננים עדשה שתייצר את התמונה הטובה ביותר, כלומר הדומה ביותר למה שרואה העין האנושית, ואחר כך מנסים לפתור את העיוותים בעיבוד דיגיטלי. אבל כמו שיודע כל בעל טלפון סלולרי שמצוייד במצלמה – היא לא תמיד יעילה, ולכן עדיין קשה מאוד לצלם עצמים זזים".

על ידי תכנון משולב של הרכיבים האופטיים ושל האלגוריתמים שמעבדים את התמונות, אלמלם ועמיתיו שתלו בתמונה הגולמית רמזים לנתוני התנועה, שהאלגוריתם יודע לקרוא ולתקן. הרמזים נשתלו באמצעות שני רכיבים אופטיים, שמשולבים בעדשה רגילה: לוחית פאזה שקופה שפותחה על ידי החוקרים, ועדשת מיקוד (פוקוס) אלקטרונית מסחרית. הלוחית מכילה מבנה אופטי-מיקרומטרי, שנועד ליצור תלות בין הצבע למיקוד, ואילו עדשת המיקוד מתוזמנת כך שתבצע שינוי מיקוד הדרגתי תוך כדי הצילום. כתוצאה מכך, עצמים נעים נצבעים בצבעים שונים בזמן התנועה. קידוד הצבעים מאפשר לאלגוריתם לפענח את כיוון ומהירות התנועה של העצם, מה שמאפשר לו לתקן את המריחה ולשחזר את חדות התמונה. תוצאות המחקר החדשני התפרסמו בכתב העת היוקרתי Optica.

הסוף למריחות

"בכל שבריר שנייה של חשיפה, המצלמה שלנו מצלמת בצורה קצת שונה, כך שמריחה של עצם זז לא תהיה אחידה, אלא תשתנה עם התנועה", מסביר אלמלם. "כדי להבין לאן וכמה מהר זז העצם בתמונה, אנחנו משתמשים בצבע. כך לדוגמא, כדור לבן שאזרוק פתאום לתוך הפריים ייצבע בצבעים שונים לאורך התנועה שלו, בדומה להעברת אור דרך מנסרה, ולפי הצבעים האלה האלגוריתם שלנו ידע מאיפה הכדור נזרק ובאיזו מהירות, וכך יוכל לתקן את המריחה. אם במצלמה רגילה היינו רואים שובל לבן, שהיה מעוות את החדות של התמונה כולה, במצלמה שלנו התוצאה הסופית תהיה כדור לבן ברור ומפוקס".

לדברי אלמלם, המערכת האופטית שפיתחו יכולה לשפר כל מצלמה בעלות מינימלית. "הפוטנציאל רחב מאוד: משימוש בסיסי כמו במצלמות של טלפונים, ועד לשימושים מחקריים, רפואיים ותעשייתיים, ואפילו לבקרים של קווי ייצור, מיקרוסקופים וטלסקופים. כולם סובלים מאותה בעיה של מריחות, ואנחנו מציעים פתרון מערכתי לבעיה הזאת". הפיתוח כבר נרשם כפטנט, ומספר חברות כבר הביעו עניין ברכישתו באמצעות חברת רמות למסחור הטכנולוגיה של אוניברסיטת תל אביב.

פרופ' מרום נפטר במהלך המחקר, והמאמר שפורסם הוקדש לזכרו. פרופ' מרום ז"ל היה ממקימי הפקולטה להנדסה באוניברסיטת תל אביב, שימש כדקאן הפקולטה בשנים 1983-1980, וכסגן נשיא האוניברסיטה בשנים 1997-1992. לאחר שפרש לגמלאות המשיך פרופ' מרום לעסוק במחקר פעיל ולהנחות סטודנטים לתארים מתקדמים, ממש עד יומו האחרון.