Nhóm nghiên cứu tại Đại học Kobe (Nhật Bản) vừa công bố một đột phá trong lĩnh vực hình ảnh học: ghi lại video 3D dạng hologram bằng một máy ảnh chỉ có một pixel. Đây là bước tiến quan trọng mở ra tiềm năng ứng dụng trong y học, sinh học và kỹ thuật quan sát không xâm lấn.
Ghi hình không cần cảm biến nhiều điểm
Công nghệ mới cho phép tạo ảnh 3D bằng cách sử dụng thiết bị gương kỹ thuật số (Digital Micromirror Device - DMD) để chiếu hàng nghìn mẫu ánh sáng khác nhau lên vật thể. Mỗi mẫu sẽ phản xạ ánh sáng tới cảm biến một pixel duy nhất, và từ đó dựng lại toàn bộ hình ảnh ba chiều bằng kỹ thuật xử lý tín hiệu phức tạp.
Điểm nổi bật là thiết bị này hoạt động với tần số lên tới 22 kilohertz, nhanh gấp khoảng 370 lần so với tốc độ làm tươi 60 Hz của các thiết bị tương tự hiện nay. “Sự khác biệt này giống như tốc độ của một cụ già đi dạo so với tàu siêu tốc Shinkansen,” Tiến sĩ Yoneda Naru – người đứng đầu nhóm nghiên cứu chia sẻ.
Kết hợp ưu điểm của hai công nghệ hiện có
Hiện nay, hai kỹ thuật chính dùng để ghi hình hologram là FINCH và OSH. FINCH có tốc độ cao, phù hợp quay video nhưng chỉ sử dụng được ánh sáng khả kiến và cần tầm nhìn trực tiếp tới vật thể. Trong khi đó, OSH (One-Pixel Holography) có thể hoạt động trong điều kiện ánh sáng tán xạ hoặc không nhìn thấy được (như hồng ngoại), nhưng tốc độ lại rất chậm, không thể ghi lại chuyển động.
Công trình của nhóm tại Đại học Kobe đã khắc phục được nhược điểm này bằng cách kết hợp độ nhạy của OSH với tốc độ của FINCH, giúp thiết bị không chỉ ghi hình các vật thể đang chuyển động mà còn nhìn xuyên qua những môi trường tán xạ như mô sinh học.
Ghi hình xuyên hộp sọ chuột
Trong thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã ghi thành công video hologram 3D xuyên qua hộp sọ chuột, điều vốn rất khó thực hiện bằng các phương pháp quang học thông thường. Mặc dù tốc độ ghi hình hiện tại mới chỉ đạt hơn 1 khung hình mỗi giây, nhưng nhóm kỳ vọng sẽ tăng lên 30 khung hình/giây nhờ kỹ thuật nén dữ liệu sparse sampling – chỉ thu nhận thông tin từ một phần hình ảnh thay vì toàn bộ khung hình.
"Chúng tôi kỳ vọng công nghệ này sẽ được ứng dụng vào quan sát sinh học ba chiều với mức độ xâm lấn thấp, cho phép nhìn thấy những chuyển động bên trong mô sống mà không cần phẫu thuật,” tiến sĩ Yoneda nói.
Kết hợp AI để cải thiện chất lượng hình ảnh
Bước tiếp theo của nhóm là cải thiện chất lượng hình ảnh bằng cách tối ưu hóa các mẫu ánh sáng chiếu lên vật thể và áp dụng trí tuệ nhân tạo, đặc biệt là thuật toán học sâu (deep learning) để chuyển đổi dữ liệu thô thành hình ảnh rõ nét hơn.
Công nghệ này không chỉ có tiềm năng trong phòng thí nghiệm mà còn gợi mở nhiều ứng dụng trong tương lai gần, từ thiết bị y tế cho đến công nghệ hiển thị.
Tương lai của công nghệ hologram
Cùng thời điểm, một nhóm nghiên cứu tại Tây Ban Nha cũng đã tạo ra hình ảnh 3D có thể lơ lửng trong không khí và tương tác bằng tay, trong khi các nhà khoa học Hàn Quốc đang tiến đến công nghệ chuyển đổi video 2D thông thường thành hình ảnh hologram 3D thời gian thực – đưa con người đến gần hơn với trải nghiệm thị giác như trong các bộ phim khoa học viễn tưởng.
Mrigakshi Dixit là một nhà báo của Interesting Engineering (IE). Bìa viết được đăng trên IE vào ngày 21/05/2025.
Interesting Engineering là trang tin tức công nghệ và khoa học, chuyên cập nhật những phát minh và tiến bộ kỹ thuật mới nhất trên thế giới. Ra mắt năm 2011, nền tảng này cung cấp nội dung hấp dẫn về AI, năng lượng tái tạo, hàng không vũ trụ và nhiều lĩnh vực đột phá khác.
Biên dịch: Thu Hoài
