ענת לוין

פרס קריל 2013
מכון ויצמן למדע

ד"ר ענת לוין (Dr. Anat Levin) 

תחומי מחקר: צילום חישובי

מצלמות דיגיטליות חדרו לכל מקום מחיינו, החל מהטלפונים הסלולארים של כל אחד מאיתנו, וכלה בכל תחומי המדע: טלסקופים ומיקרוסקופים וצילום רפואי

אבל צילום אינו תהליך כל כך פשוט והוא סובל מאתגרים רבים: תמונה דו ממדית אינה מודדת מרחק תלת ממדי, יש לה רזולוציה מוגבלת וגם רעש. היא יכולה לסבול מטשטש כתוצאה מרעידות בידי הצלם, מתנועות של אנשים ואוביקטים תוך כדי חשיפה, ולבסוף מבעיות פוקוס (מיקוד).

בעיות אלה מגיעות אלינו בירושה עוד מימי הצילום האנלוגי וחלקן נוגעות למגבלות אינהרנטיות, בלתי נמנעות. אולם אני סוברת כי צילום דיגיטלי פותח בפנינו כר נרחב של אפשרויות חדשות.

ההבדל המרכזי נעוץ בעובדה שבצילום אנלוגי קרני אור ממקודות על ידי העדשה לפילם. התמונה הנחשפת על הפילם היא התוצאה הסופית של התהליך.  אולם בצילום דיגיטלי האור נקלט על ידי חישן ממוחשב וכל המידע ניתן לעיבוד באמצעות מחשב. כלומר התמונה המצולמת על ידי החישן אינה התוצאה הסופית. אני גורסת כי הבדל זה צריך להביא להבדל מהותי בצורה שבה אנו מתכננים את המצלמה והעדשה. מטרת המצלמה אינה ליצר תמונה יפה על הסנסור, מטרתה רק לקלוט מידע שיאפשר להפיק את התמונה הדרושה באמצעות חישוב. למעשה התמונה המידית שמצלמה חישובית צריכה לקלוט יכולה להראות נורא ואיום, וזה לא משנה כלל. כל מטרתה היא לאפשר חישוב יעיל.

דוגמה למצלמה שפיתחנו המתבססת על עקרונות אלו היא מצלמה אינוריאנטית לתנועה. כדי להבין את הבעיה חישבו על מצלמה המונחת כראוי על גבי חצובה, אולם היא מצלמת סצנה דינמית- אנשים הולכים מכוניות נוסעות וכו'.  התמונה המתקבלת תהיה מטושטשת.

קימות שיטות חישוביות להסרת טשטוש אך הן מאתגרות מכמה סיבות. ראשית כדי להסיר טישטוש עלינו לדעת את המהירות שבה האוביקט זז. ושיערוך אוטומטי של מהירות אינו משימה פשוטה בכלל.    שנית יש לחלק את התמונה לאזורים עם מהירויות תנועה שונות. אם ננסה לחדד אזור שנע במהירות א' לפי תנועה במהירות ב' נקבל עיוותים קשים בתמונה. גם בעיה זו אינה טרוויאלית כלל.

במצלמה שפיתחנו המצלמה נעה ע"י רובוט תוך כדי חשיפה. כתוצאה מכך התמונה המתקבלת היא ודאי מטושטשת. לכאורה נראה שרק הזקנו- גם החלקים הסטטים יטושטשו. אולם כאמור במצלמה חישובית המטרה אינה לצלם תמונה יפה, אלא לצלם תמונה שתאפשר לקבל תמונה יפה אחרי חישוב.

התנועה הרובוטית שלנו מתוכננת בצורה מיוחדת. כתוצאה ממנה הטשטוש המתקבל הוא בלתי תלוי במהירות התנועה, והוא ידוע ואחיד על פני כל התמונה. כתוצאה מכך ניתן לחדד את התמונה בקלות, על ידי הפעלת אלגוריתם חידוד אחיד. למעשה אנו עוקפים כמה מהבעיות היותר קשות בחידוד:  אין צורך לשערך את מהירות התנועה של גופים ואין צורך להפריד את התמונה לאזורים בעלי מהירויות תנועה שונות.

ובמבט לעתיד: אנו שואפים לפתח מצלמות שיתגברו על הרבה מבעיות הצילום שעברו אלינו בירושה מצילום אנלוגי. אולם מעבר לכך אנו שואפים לפתח מודלים מתמטים לאנליזה של מרחב כל המצלמות שניתן אי פעם לבנות. מידול כזה יאפשר לנו להסיג חסמים אינהרנטים על מה שאפשר או אי אפשר להשיג עם צילום חישובי, וגם לגלות צורות חדשות לתיכנון מצלמות שאולי לא הינו חושבים עליהן באופן ישיר.

זוכי פרס קריל

// order posts by year $posts_by_year;