Thông thường, gương phản xạ ánh sáng từ vật thể trước mặt và tạo ra hình ảnh tương ứng.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu tại Trường Đại học California, Los Angeles (UCLA), Mỹ, đã phát triển một hệ thống được gọi là "gương đánh lừa" (lying mirror), có khả năng biến đổi thông tin hình ảnh chứa trong ánh sáng phản xạ thành một hình ảnh đầu ra được định trước.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications ngày 7/8.
Biến đổi hình ảnh bằng ánh sáng
"Gương đánh lừa" không phải là một chiếc gương thông thường có khả năng tự nhận biết vật thể. Đây là một hệ thống quang học gồm gương phản xạ kết hợp với một bề mặt nhiễu xạ có cấu trúc được tối ưu hóa.
Bề mặt này gồm nhiều cấu trúc có khả năng điều biến pha của ánh sáng. Khi ánh sáng phản xạ đi qua hệ thống, sự nhiễu xạ được điều khiển theo thiết kế để biến đổi phân bố không gian của ánh sáng, từ đó tạo ra hình ảnh đầu ra khác với thông tin hình ảnh ban đầu.
Điểm đáng chú ý là quá trình biến đổi được thực hiện bằng tương tác ánh sáng - vật chất và không cần máy tính xử lý hình ảnh sau khi hệ thống đã được chế tạo.
Trong giai đoạn thiết kế, nhóm nghiên cứu sử dụng học sâu để tối ưu hóa cấu hình pha của bề mặt nhiễu xạ. Mục tiêu là tìm ra cấu trúc có thể biến nhiều hình ảnh đầu vào khác nhau thành cùng một hình ảnh đầu ra được xác định trước.
Chẳng hạn, trong các mô phỏng, nhóm nghiên cứu có thể thiết kế hệ thống để biến những hình ảnh đầu vào thuộc các nhóm khác nhau thành một hình ảnh "mồi nhử" thống nhất.
Điều này khác với việc lưu sẵn một bức ảnh rồi hiển thị nó bằng màn hình. Hệ thống không cần tái tạo một tệp hình ảnh kỹ thuật số mà trực tiếp biến đổi thông tin quang học mang theo trong ánh sáng tới.
Thử nghiệm với số 8 viết tay
Để kiểm chứng nguyên lý, nhóm nghiên cứu sử dụng một mảng vi gương có thể lập trình trong vùng ánh sáng khả kiến.
Trong thử nghiệm, các hình ảnh đầu vào khác nhau, bao gồm những hình ảnh không xuất hiện trong dữ liệu huấn luyện, được biến đổi thành một hình ảnh mục tiêu là chữ số 8 viết tay.
Hệ thống được thử nghiệm với ba bước sóng riêng biệt gồm 600nm, 550nm và 480nm, tương ứng với các thành phần đỏ, xanh lá và xanh dương. Nhóm nghiên cứu cũng phát triển một phiên bản hoạt động trên một dải bước sóng khả kiến liên tục thay vì chỉ sử dụng ba bước sóng riêng biệt.
Các thử nghiệm cho thấy hệ thống vẫn có thể tạo ra hình ảnh mục tiêu khi hình ảnh đầu vào bị xoay, dịch chuyển, thay đổi tỷ lệ hoặc có thêm nhiễu. Kết quả này cho thấy hệ thống không chỉ đơn thuần ghi nhớ một tập hợp hình ảnh đầu vào cụ thể mà có khả năng tổng quát hóa nhất định đối với những dữ liệu chưa xuất hiện trong quá trình huấn luyện.
Chưa thể "tàng hình" vật thể trong thực tế
Mặc dù ý tưởng "gương đánh lừa" gợi liên tưởng đến khả năng che giấu vật thể ngay trước mắt người quan sát, nghiên cứu hiện mới dừng ở chứng minh nguyên lý bằng hệ thống quang học trong môi trường thực nghiệm.
Nói cách khác, chưa có bằng chứng cho thấy công nghệ này hiện có thể đặt trước một phương tiện, thiết bị hoặc con người ngoài thực tế rồi khiến toàn bộ vật thể đó biến mất khỏi tầm nhìn của người quan sát.
Trong thí nghiệm, hệ thống được thiết kế để biến đổi thông tin hình ảnh quang học dưới những điều kiện được kiểm soát. Việc triển khai trong môi trường thực tế sẽ phức tạp hơn nhiều do ánh sáng môi trường, góc quan sát, khoảng cách, chuyển động của vật thể và sự thay đổi liên tục của cảnh vật.
Các nhà nghiên cứu cho rằng công nghệ này có thể mở ra những hướng ứng dụng trong che giấu thông tin quang học, an ninh, quốc phòng, chống giám sát và giải trí. Tuy nhiên, đây vẫn là những khả năng trong tương lai, chưa phải các ứng dụng đã được chứng minh ở quy mô thực tế.
Về nguyên lý, công trình cho thấy một bề mặt quang học thụ động được tối ưu hóa bằng học sâu có thể thực hiện những phép biến đổi thông tin hình ảnh phức tạp mà không cần bộ xử lý số hoạt động trong quá trình vận hành.
Đây là một hướng nghiên cứu đáng chú ý trong lĩnh vực quang học tính toán, cho thấy việc thiết kế cấu trúc vật liệu và bề mặt quang học có thể trực tiếp thực hiện một số tác vụ xử lý thông tin bằng ánh sáng.
