Super-resolution imaging
সুপার-রেজোলিউশন ইমেজিং (এস. আর) হল এমন একটি কৌশল যা একটি ইমেজিং সিস্টেমের রেজোলিউশনকে উন্নত (বৃদ্ধি) করে। অপটিক্যাল এসআর-এ সিস্টেমের বিচ্ছুরণ সীমা অতিক্রম করা হয়, অন্যদিকে জ্যামিতিক এসআর-এ ডিজিটাল ইমেজিং সেন্সরগুলির রেজোলিউশন বাড়ানো হয়। কিছু রাডার এবং সোনার ইমেজিং অ্যাপ্লিকেশন (যেমন। চৌম্বকীয় অনুরণন ইমেজিং (এম. আর. আই), উচ্চ-রেজোলিউশন গণনাকৃত টমোগ্রাফি), সাবস্পেস পচন-ভিত্তিক পদ্ধতি (যেমন। সঙ্গীত) এবং কম্প্রেসড সেন্সিং-ভিত্তিক অ্যালগরিদম (যেমন, এসএএমভি) স্ট্যান্ডার্ড পিরিয়ডোগ্রাম অ্যালগরিদমের উপর এসআর অর্জনের জন্য নিযুক্ত করা হয়। সুপার-রেজোলিউশন ইমেজিং কৌশলগুলি সাধারণ চিত্র প্রক্রিয়াকরণ এবং সুপার-রেজোলিউশন মাইক্রোস্কোপি-তে ব্যবহৃত হয়। মৌলিক ধারণাগুলি যেহেতু অতি-রেজোলিউশনকে ঘিরে কিছু ধারণা মৌলিক সমস্যা উত্থাপন করে, তাই শুরুতে প্রাসঙ্গিক ভৌত এবং তথ্য-তাত্ত্বিক নীতিগুলি পরীক্ষা করার প্রয়োজন রয়েছেঃ বিচ্ছুরণ সীমাঃ একটি আলোকীয় যন্ত্র কোনও ছবিতে পুনরুত্পাদন করতে পারে এমন একটি ভৌত বস্তুর বিশদে এমন সীমা রয়েছে যা পদার্থবিজ্ঞানের আইন দ্বারা বাধ্যতামূলক, তা আলোর তরঙ্গ তত্ত্বের বিচ্ছুরণ সমীকরণ দ্বারা প্রণয়ন করা হোক বা কোয়ান্টাম মেকানিক্সে ফোটনের জন্য অনিশ্চয়তা নীতি সমতুল্য হোক। এই সীমানা অতিক্রম করে তথ্য স্থানান্তর কখনই বাড়ানো যায় না, তবে সীমার বাইরের প্যাকেটগুলি চতুরতার সাথে এর অভ্যন্তরে কিছু (বা মাল্টিপ্লেক্স করা) এর জন্য অদলবদল করা যেতে পারে। কেউ বিচ্ছুরণ সীমার চারপাশে "দৌড়ানোর" মতো এতটা "ভেঙে" যায় না। আণবিক স্তরে (তথাকথিত নিকটবর্তী ক্ষেত্রে) তড়িৎ-চৌম্বকীয় বিশৃঙ্খলা অনুসন্ধানের নতুন পদ্ধতিগুলি ম্যাক্সওয়েলের সমীকরণের সাথে সম্পূর্ণ সামঞ্জস্যপূর্ণ। স্থানিক-ফ্রিকোয়েন্সি ডোমেনঃ স্থানিক-ফ্রিকোয়েন্সি ডোমেনে বিচ্ছুরণ সীমার একটি সংক্ষিপ্ত অভিব্যক্তি দেওয়া হয়। ফুরিয়ার অপটিক্সে আলোর বিতরণগুলি প্রান্তের প্রস্থ, প্রযুক্তিগতভাবে স্থানিক ফ্রিকোয়েন্সিগুলির একটি পরিসরে গ্র্যাটিং আলোর নিদর্শনগুলির একটি সিরিজের সুপারপজিশন হিসাবে প্রকাশ করা হয়। এটি সাধারণত শেখানো হয় যে বিচ্ছুরণ তত্ত্ব একটি উচ্চ সীমা নির্ধারণ করে, কাট-অফ স্থানিক-ফ্রিকোয়েন্সি, যার বাইরে প্যাটার্ন উপাদানগুলি অপটিক্যাল ইমেজে স্থানান্তরিত হতে ব্যর্থ হয়, অর্থাৎ সমাধান করা হয় না। কিন্তু প্রকৃতপক্ষে বিচ্ছুরণ তত্ত্ব দ্বারা যা নির্ধারণ করা হয় তা হল পাসব্যান্ডের প্রস্থ, একটি নির্দিষ্ট ঊর্ধ্বসীমা নয়। পদার্থবিজ্ঞানের কোনও নিয়ম ভাঙা হয় না যখন কাট-অফ স্থানিক ফ্রিকোয়েন্সির বাইরে একটি স্থানিক ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ড তার ভিতরে একটির জন্য অদলবদল করা হয়ঃ এটি দীর্ঘকাল ধরে ডার্ক-ফিল্ড মাইক্রোস্কোপি-তে প্রয়োগ করা হয়েছে। তথ্য-তাত্ত্বিক নিয়মগুলিও ভাঙা হয় না যখন বেশ কয়েকটি ব্যান্ডকে সুপারইম্পোজ করা হয়, প্রাপ্ত ছবিতে তাদের বিচ্ছিন্ন করার জন্য একাধিক এক্সপোজারের সময় বস্তুর অপরিবর্তনীয়তার অনুমানের প্রয়োজন হয়, অর্থাৎ, অন্যটির জন্য এক ধরণের অনিশ্চয়তার প্রতিস্থাপন। তথ্যঃ যখন সুপার-রেজোলিউশন শব্দটি স্ট্যান্ডার্ড রেজোলিউশন সীমার মধ্যে চিত্রের পরিসংখ্যানগত চিকিত্সা থেকে বস্তুর বিবরণ অনুমান করার কৌশলগুলিতে ব্যবহৃত হয়, উদাহরণস্বরূপ, একাধিক এক্সপোজারের গড়, এতে এক ধরনের তথ্যের বিনিময় (শব্দ থেকে সংকেত বের করা) জড়িত থাকে। রেজোলিউশন এবং স্থানীয়করণঃ সত্যিকারের রেজোলিউশনে একটি লক্ষ্যের পার্থক্য জড়িত, যেমন। একটি তারা বা বর্ণালী রেখা, একক বা দ্বিগুণ, সাধারণত ছবিতে পৃথক শিখর প্রয়োজন। যখন কোনও লক্ষ্য একক বলে জানা যায়, তখন তার চিত্রের আলোর বণ্টনের কেন্দ্রবিন্দু (মাধ্যাকর্ষণ কেন্দ্র) খুঁজে বের করে চিত্রের প্রস্থের চেয়ে বেশি নির্ভুলতার সাথে তার অবস্থান নির্ধারণ করা যেতে পারে। এই প্রক্রিয়ার জন্য অতি-রেজোলিউশন শব্দটি প্রস্তাব করা হয়েছিল কিন্তু এটি ধরা পড়েনি এবং উচ্চ-নির্ভুলতা স্থানীয়করণ পদ্ধতিকে সাধারণত অতি-রেজোলিউশন হিসাবে উল্লেখ করা হয়। ইমেজিং-ফর্মিং এবং-সেন্সিং ডিভাইসগুলির কর্মক্ষমতা বাড়ানোর প্রযুক্তিগত সাফল্যগুলি এখন সুপার-রেজোলিউশন হিসাবে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়েছে যা পুরোপুরি ব্যবহার করা হয় তবে সর্বদা পদার্থবিজ্ঞান এবং তথ্য তত্ত্বের আইন দ্বারা আরোপিত সীমার মধ্যে থাকে। অপটিক্যাল বা ডিফ্র্যাক্টিভ সুপার-রেজোলিউশন প্রতিস্থাপন স্থানিক-ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ডঃ যদিও ডিফ্রাকশন দ্বারা অনুমোদিত ব্যান্ডউইথ স্থির, তবে এটি স্থানিক-ফ্রিকোয়েন্সি বর্ণালীর যে কোনও জায়গায় স্থাপন করা যেতে পারে। মাইক্রোস্কোপি-তে ডার্ক-ফিল্ড আলোকসজ্জা একটি উদাহরণ। এছাড়াও অ্যাপারচার সংশ্লেষণ দেখুন। মাল্টিপ্লেক্সিং স্পেসিয়াল-ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ড অপটিক্যাল ডিভাইসের স্বাভাবিক পাসব্যান্ড ব্যবহার করে একটি চিত্র তৈরি করা হয়। তারপর কিছু পরিচিত হালকা কাঠামো, উদাহরণস্বরূপ হালকা প্রান্তের একটি সেট যা এমনকি পাসব্যান্ডের মধ্যে থাকারও প্রয়োজন হয় না, লক্ষ্যের উপর চাপিয়ে দেওয়া হয়। ছবিতে এখন লক্ষ্য এবং সুপারইম্পোজড আলোর কাঠামোর সংমিশ্রণের ফলে উপাদান রয়েছে, যেমন। মায়ার প্রান্ত, এবং লক্ষ্য বিশদ সম্পর্কে তথ্য বহন করে যা সাধারণ কাঠামোগত আলোকসজ্জা করে না। "অতি-সমাধানকৃত" উপাদানগুলি অবশ্য প্রকাশ করার জন্য বিচ্ছিন্ন করা প্রয়োজন। উদাহরণস্বরূপ, কাঠামোগত আলোকসজ্জা (বামে চিত্র) দেখুন। যদি কোনও লক্ষ্যের কোনও বিশেষ মেরুকরণ বা তরঙ্গদৈর্ঘ্যের বৈশিষ্ট্য না থাকে, তবে দুটি মেরুকরণ অবস্থা বা নন-ওভারল্যাপিং তরঙ্গদৈর্ঘ্য অঞ্চলগুলি লক্ষ্যের বিশদ বিবরণ এনকোড করতে ব্যবহার করা যেতে পারে, একটি কাট-অফ সীমার ভিতরে একটি স্থানিক-ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ডে অন্যটি তার বাইরে। উভয়ই স্বাভাবিক পাসব্যান্ড ট্রান্সমিশন ব্যবহার করবে তবে বর্ধিত রেজোলিউশনের সাথে লক্ষ্য কাঠামো পুনর্গঠনের জন্য আলাদাভাবে ডিকোড করা হয়। নিকট-ক্ষেত্রের বৈদ্যুতিন চৌম্বকীয় বিশৃঙ্খলা অনুসন্ধান অতি-রেজোলিউশনের স্বাভাবিক আলোচনায় একটি আলোকীয় ব্যবস্থা দ্বারা কোনও বস্তুর প্রচলিত চিত্র জড়িত ছিল। কিন্তু আধুনিক প্রযুক্তি উৎসের আণবিক দূরত্বের মধ্যে বৈদ্যুতিন চৌম্বকীয় বিশৃঙ্খলা অনুসন্ধানের অনুমতি দেয় যার উচ্চতর রেজোলিউশন বৈশিষ্ট্য রয়েছে, এছাড়াও ইভানেসেন্ট তরঙ্গ এবং নতুন সুপার লেন্সের বিকাশ দেখুন। জ্যামিতিক বা চিত্র প্রক্রিয়াকরণ সুপার-রেজোলিউশন মাল্টি-এক্সপোজার চিত্রের শব্দ হ্রাস যখন কোনও চিত্র শব্দের দ্বারা অবনমিত হয়, তখন অনেক এক্সপোজারের গড়ের মধ্যে আরও বিশদ বিবরণ থাকতে পারে, এমনকি বিচ্ছুরণ সীমার মধ্যেও। ডানদিকে উদাহরণ দেখুন। একক-ফ্রেম ডিবলারিং প্রদত্ত ইমেজিং পরিস্থিতিতে পরিচিত ত্রুটিগুলি, যেমন ডিফোকাস বা বিচ্যুতি, কখনও কখনও একটি একক চিত্রের উপযুক্ত স্থানিক-ফ্রিকোয়েন্সি ফিল্টারিং দ্বারা সম্পূর্ণ বা আংশিকভাবে প্রশমিত করা যেতে পারে। এই ধরনের সমস্ত পদ্ধতি বিচ্ছুরণ-বাধ্যতামূলক পাসব্যান্ডের মধ্যে থাকে এবং এটি প্রসারিত করে না। সাব-পিক্সেল চিত্রের স্থানীয়করণ একটি একক উৎসের অবস্থান নির্ধারণ করা যেতে পারে আলোর বন্টনের "মাধ্যাকর্ষণ কেন্দ্র" (সেন্ট্রয়েড) গণনা করে যা বেশ কয়েকটি সংলগ্ন পিক্সেলের উপর প্রসারিত (বাম দিকের চিত্র দেখুন)। যদি পর্যাপ্ত আলো থাকে, তবে এটি নির্বিচারে নির্ভুলতার সাথে অর্জন করা যেতে পারে, যা সনাক্তকরণ যন্ত্রের পিক্সেল প্রস্থের তুলনায় অনেক ভাল এবং উৎসটি একক বা দ্বিগুণ কিনা তা সিদ্ধান্ত নেওয়ার জন্য রেজোলিউশন সীমা। এই কৌশল, যার জন্য এই অনুমানের প্রয়োজন যে সমস্ত আলো একটি একক উৎস থেকে আসে, যা সুপার-রেজোলিউশন মাইক্রোস্কোপি হিসাবে পরিচিত হয়ে উঠেছে, যেমন। স্টোকাস্টিক অপটিক্যাল রিকনস্ট্রাকশন মাইক্রোস্কোপি (STORM), যেখানে অণুর সাথে সংযুক্ত ফ্লুরোসেন্ট প্রোবগুলি ন্যানোস্কেল দূরত্বের তথ্য দেয়। এটি ভিজ্যুয়াল হাইপারকিউইটির অন্তর্নিহিত প্রক্রিয়াও। ঐতিহ্যগত বিচ্ছুরণ সীমার বাইরে বায়েসিয়ান আনয়ন কিছু বস্তুর বৈশিষ্ট্য, যদিও বিচ্ছুরণ সীমার বাইরে, অন্যান্য বস্তুর বৈশিষ্ট্যগুলির সাথে যুক্ত বলে জানা যেতে পারে যা সীমার মধ্যে রয়েছে এবং তাই ছবিতে রয়েছে। তারপর সম্পূর্ণ বস্তুর উপস্থিতি সম্পর্কে উপলব্ধ চিত্রের তথ্য থেকে পরিসংখ্যানগত পদ্ধতি ব্যবহার করে সিদ্ধান্ত নেওয়া যেতে পারে। ধ্রুপদী উদাহরণ হল টরাল্ডো ডি ফ্রান্সিয়ার একটি ছবি একক বা দ্বৈত তারার কিনা তা বিচার করার প্রস্তাবটি নির্ধারণ করে যে এর প্রস্থ একটি একক তারা থেকে বিস্তারকে অতিক্রম করে কিনা। এটি ধ্রুপদী রেজোলিউশন সীমার নিচে পৃথকীকরণে অর্জন করা যেতে পারে এবং "একক বা দ্বিগুণ?" পছন্দের পূর্ব সীমাবদ্ধতা প্রয়োজন। পদ্ধতিটি ফ্রিকোয়েন্সি ডোমেনে চিত্রটিকে এক্সট্রপোলেট করার রূপ নিতে পারে, ধরে নিয়ে যে বস্তুটি একটি বিশ্লেষণাত্মক ফাংশন, এবং আমরা কিছু ব্যবধানের মধ্যে ফাংশনের মানগুলি সঠিকভাবে জানতে পারি। এই পদ্ধতিটি ডিজিটাল ইমেজিং সিস্টেমে সর্বদা উপস্থিত শব্দের দ্বারা গুরুতরভাবে সীমাবদ্ধ, তবে এটি রাডার, জ্যোতির্বিজ্ঞান, মাইক্রোস্কোপি বা চৌম্বকীয় অনুরণন ইমেজিংয়ের জন্য কাজ করতে পারে। আরও সম্প্রতি, সমস্যাগুলির একটি বদ্ধ-ফর্ম সমাধানের উপর ভিত্তি করে একটি দ্রুত একক চিত্র সুপার-রেজোলিউশন অ্যালগরিদম প্রস্তাব করা হয়েছে এবং বিদ্যমান বায়েসিয়ান সুপার-রেজোলিউশন পদ্ধতির বেশিরভাগকে উল্লেখযোগ্যভাবে ত্বরান্বিত করার জন্য প্রদর্শিত হয়েছে। আলিয়াসিং জ্যামিতিক এস. আর পুনর্গঠন অ্যালগরিদম সম্ভব যদি এবং শুধুমাত্র যদি ইনপুট কম রেজোলিউশন চিত্রগুলি কম নমুনা করা হয় এবং তাই আলিয়াসিং থাকে। এই আলিয়াসিংয়ের কারণে, কাঙ্ক্ষিত পুনর্গঠন চিত্রের উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি বিষয়বস্তু প্রতিটি পর্যবেক্ষিত চিত্রের নিম্ন-ফ্রিকোয়েন্সি সামগ্রীতে এম্বেড করা হয়। পর্যাপ্ত সংখ্যক পর্যবেক্ষণ চিত্র দেওয়া হয়েছে, এবং যদি পর্যবেক্ষণের সেটগুলি তাদের পর্যায়ে পরিবর্তিত হয় (অর্থাৎ। যদি দৃশ্যের ছবিগুলি একটি উপ-পিক্সেল পরিমাণ দ্বারা স্থানান্তরিত হয়), তবে পর্যায় তথ্যটি প্রকৃত নিম্ন-ফ্রিকোয়েন্সি বিষয়বস্তু থেকে উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি বিষয়বস্তুকে আলাদা করতে ব্যবহার করা যেতে পারে এবং পূর্ণ-রেজোলিউশন চিত্রটি সঠিকভাবে পুনর্গঠন করা যেতে পারে। বাস্তবে, এই ফ্রিকোয়েন্সি-ভিত্তিক পদ্ধতিটি পুনর্গঠনের জন্য ব্যবহার করা হয় না, তবে এমনকি স্থানিক পদ্ধতির ক্ষেত্রেও (যেমন। শিফট-অ্যাড ফিউশন), আলিয়াজিংয়ের উপস্থিতি এখনও এসআর পুনর্গঠনের জন্য একটি প্রয়োজনীয় শর্ত। প্রযুক্তিগত বাস্তবায়ন এসআর-এর অনেকগুলি একক-ফ্রেম এবং একাধিক-ফ্রেম রূপ রয়েছে। একাধিক-ফ্রেম এসআর একই দৃশ্যের একাধিক কম রেজোলিউশনের চিত্রের মধ্যে উপ-পিক্সেল স্থানান্তর ব্যবহার করে। এটি সমস্ত কম রেজোলিউশনের ছবি থেকে তথ্য ফিউজ করে একটি উন্নত রেজোলিউশনের চিত্র তৈরি করে এবং তৈরি করা উচ্চ রেজোলিউশনের চিত্রগুলি দৃশ্যের আরও ভাল বর্ণনা। একক-ফ্রেম এস. আর পদ্ধতিগুলি অস্পষ্টতা তৈরি না করে চিত্রটিকে বড় করার চেষ্টা করে। এই পদ্ধতিগুলি উচ্চ-রেজোলিউশনের চিত্রটি দেখতে কেমন হওয়া উচিত তা অনুমান করার জন্য কম রেজোলিউশনের চিত্রগুলির অন্যান্য অংশ বা অন্যান্য সম্পর্কহীন চিত্রগুলি ব্যবহার করে। অ্যালগরিদমগুলিকে তাদের ডোমেন দ্বারাও ভাগ করা যেতে পারেঃ ফ্রিকোয়েন্সি বা স্পেস ডোমেন। মূলত, সুপার-রেজোলিউশন পদ্ধতিগুলি শুধুমাত্র ধূসর-স্কেল চিত্রগুলিতে ভাল কাজ করেছিল, তবে গবেষকরা সেগুলিকে রঙিন ক্যামেরা চিত্রের সাথে খাপ খাইয়ে নেওয়ার পদ্ধতি খুঁজে পেয়েছেন। সম্প্রতি, থ্রিডি ডেটার জন্য সুপার-রেজোলিউশনের ব্যবহারও দেখানো হয়েছে। গবেষণা সুপার-রেজোলিউশন সম্পাদনের জন্য গভীর কনভোলিউশনাল নেটওয়ার্ক ব্যবহার করার বিষয়ে আশাব্যঞ্জক গবেষণা রয়েছে। বিশেষ কাজে পরাগকণিকার একটি 20x অণুবীক্ষণ যন্ত্রের ছবি ব্যবহার করে 1500x স্ক্যানিং ইলেক্ট্রন অণুবীক্ষণ যন্ত্রের ছবিতে রূপান্তর দেখানো হয়েছে। যদিও এই কৌশলটি কোনও ছবির তথ্যের বিষয়বস্তু বৃদ্ধি করতে পারে, তবে মূল ছবিতে আপস্কেল করা বৈশিষ্ট্যগুলি বিদ্যমান থাকার কোনও নিশ্চয়তা নেই এবং দ্ব্যর্থহীন ইনপুট সহ বিশ্লেষণাত্মক প্রয়োগগুলিতে গভীর কনভোলিউশনাল আপস্কেলার ব্যবহার করা উচিত নয়। এই পদ্ধতিগুলি ছবির বৈশিষ্ট্যগুলিকে হ্যালুসিনেট করতে পারে, যা তাদের চিকিৎসা ব্যবহারের জন্য অনিরাপদ করে তুলতে পারে। আরও দেখুন অপটিক্যাল রেজোলিউশন ওভারসাম্পলিং ভিডিও সুপার-রেজোলিউশন একক-কণার গতিপথ সুপারসিলেশন রেফারেন্স অন্যান্য সম্পর্কিত কাজ;; চিত্র প্রক্রিয়াকরণ সংকেত প্রক্রিয়াকরণ ইমেজিং