ทีมนักวิจัยจาก MIT พัฒนากล้องถ่ายภาพใต้น้ำเพื่องานสำรวจและเก็บข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ โดยมีจุดเด่นตรงที่กล้องสามารถส่งข้อมูลให้ผู้ใช้ได้แบบไร้สายและอาศัยพลังงานไฟฟ้าที่มันสร้างขึ้นเองโดยไม่ต้องใช้แบตเตอรี่ในการจ่ายพลังงานให้กับเซ็นเซอร์และชิ้นส่วนกลไกต่างๆ

ภาพถ่ายที่ได้จากกล้องเป็นภาพสีขนาด 324*244 พิกเซล ตัวกล้องมีแหล่งกำเนิดแสงในตัวทำให้สามารถใช้งานถ่ายภาพใต้น้ำในจุดที่แสงอาทิตย์ส่องไม่ถึงได้ เช่น การถ่ายภาพในแหล่งน้ำที่มีความขุ่นมาก โดยใช้การส่งสัญญาณมายังเครื่องรับภาพด้วยคลื่นเสียง

กล้องถ่ายภาพใต้น้ำที่ทีมวิจัย MIT พัฒนาขึ้น

องค์ประกอบหลังของกล้องประกอบไปด้วยเซ็นเซอร์รับภาพ CMOS ซึ่งถ่ายภาพแบบโมโนโครม, แหล่งกำเนิดแสง โดยมีหลอด LED ให้แสงสว่าง 3 สี คือ สีแดง, สีเขียว และสีน้ำเงิน, หน่วยประมวลผลเพื่อเข้ารหัสข้อมูลที่ได้เตรียมสำหรับส่งข้อมูลภาพไปยังเครื่องรับสัญญาณ, และชุดเครื่องรับส่งสัญญาณ piezoelectric ซึ่งไม่เพียงทำหน้าที่เป็นตัวส่งข้อมูลภาพที่ถ่ายได้ไปยังเครื่องรับ แต่ยังช่วยผลิตพลังงานไฟฟ้าเลี้ยงชุดอุปกรณ์ทั้งหมดของกล้องด้วยโดยการเปลี่ยนพลังงานจลน์จากการสั่นสะเทือนของคลื่นเสียงใต้น้ำให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดถูกครอบป้องกันการสัมผัสน้ำด้วยโดมใส

ภาพอธิบายส่วนประกอบหลักของกล้องถ่ายภาพใต้น้ำ ซึ่งมีเซ็นเซอร์ถ่ายภาพ CMOS, แหล่งกำเนิดแสง 3 สี, หน่วยประมวลผล และอุปกรณ์ piezoelectric ที่ทำหน้าที่ทั้งสร้างพลังงานไฟฟ้าและทำการส่งข้อมูล

เซ็นเซอร์ถ่ายภาพ CMOS นั้นสามารถเก็บภาพแบบโมโนโครมเท่านั้น (กล่าวคือ ถ่ายภาพได้ออกมาเฉดสีเดียว คล้ายภาพถ่ายขาว-ดำ) ดังนั้นทีมวิจัยจึงพลิกแพลงการใช้งาน โดยทำการถ่ายภาพวัตถุต่างๆ 3 แบ่งส่งออกใน 3 ช่องสัญญาณ ในแต่ละช่องสัญญาณจะเป็นข้อมูลภาพถ่ายแยกออกตามไฟ LED แต่ละสี ทำให้ได้ภาพถ่ายโมโนโครมรวมทั้งหมด 3 ภาพ เมื่อนำภาพโมโนโครม 3 สี อันได้แก่ แดง, เขียว และน้ำเงิน มารวมกันจะได้ภาพผลลัพธ์ที่มีเฉดสีตามจริงของวัตถุ

a: การถ่ายภาพโมโนโครม 3 ครั้ง โดยใช้แหล่งกำเนิดแสง LED แยกเป็น 3 สี คือ แดง, เขียว และน้ำเงิน, b: ภาพผลลัพธ์ที่ได้จากการรวมภาพโมโนโครม 3 สีเข้าด้วยกัน, c: ภาพด้านข้างแสดงชิ้นส่วนต้นแบบกล้องถ่ายภาพใต้น้ำที่มีโดมใสครอบอุปกรณ์ต่างๆ ไว้, d: ผังวงจรไฟฟ้าของกล้อง, e: กราฟแสดงระดับการใช้พลังงานของกล้องที่จะใช้มากในช่วงการถ่ายภาพแต่กินพลังงานน้อยมากในการส่งข้อมูล

a: ภาพถ่ายจริงของกล้องในระหว่างการใช้งาน, b,c: ภาพขวดพลาสติกและปลาดาวที่ถ่ายจากใต้น้ำด้วยกล้องแสดงให้เห็นว่ากล้องสามารถเก็บรายละเอียดและสีของวัตถุจริงได้, d: ภาพถ่ายแบบเก็บข้อมูลซ้ำติดต่อเป็นเวลาหลายวัน

กล้องถ่ายภาพใต้น้ำนี้ใช้อุปกรณ์ peizoelectric เปลี่ยนพลังงานจลน์ของแรงสั่นสะเทือนจากคลื่นเสียงน้ำให้เป็นพลังงานไฟฟ้าเพื่อเลี้ยงระบบการทำงานทั้งหมด โดยอุปกรณ์ตัวนี้ยังทำหน้าที่เป็นตัวส่งข้อมูลภาพที่ถ่ายได้ไปยังตัวรับสัญญาณซึ่งอยู่ด้านบนระดับผิวน้ำ คลื่นเสียงที่ถูกใช้เพือเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าและใช้เป็นพาหะในการส่งข้อมูลของกล้องนั้นจะถูกส่งมาจากเครื่องกำเนิดเสียงจากผู้ใช้ ซึ่งอุปกรณ์ peizoelectric จะเปลี่ยนแปลงสัญญาณคลื่นเสียงเพื่อสะท้อนไปยังตัวรับสัญญาณเพื่อทำการส่งข้อมูลไปพร้อมกับสร้างไฟฟ้าในเวลาเดียวกัน ด้วยหลักการนี้ที่อาศัยคลื่นเสียงจากแหล่งกำเนิดอื่นโดยที่อุปกรณ์ไม่ต้องสร้างคลื่นเสียงเองสำหรับการส่งข้อมูล ทำให้สามารถลดการใช้พลังงานของกล้องถ่ายภาพใต้น้ำนี้ลงไปได้และไม่ต้องมีแบตเตอรี่ติดกับตัวกล้อง

ทีมวิจัยระบุว่ากล้องที่พัฒนาขึ้นใช้พลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพดีกว่ากล้องที่มีการใช้งานคล้ายคลึงกันอยู่ก่อนแล้วประมาณ 100,000 เท่า และสามารถใช้งานเพื่อการถ่ายภาพใต้น้ำได้นานหลายสัปดาห์ โดยระยะถ่ายภาพที่ดีที่สุดในตอนนี้คือประมาณ 3.5 เมตร และสามารถส่งข้อมูลภาพไปยังตัวรับสัญญาณที่อยู่ไกลออกไปได้มากสุดถึง 40 เมตร

กล้องถ่ายภาพใต้น้ำนี้ยังเป็นเพียงอุปกรณ์รุ่นต้นแบบเน้นพิสูจน์หลักการทำงาน หากมีการพัฒนาใช้เซ็นเซอร์ที่ดีขึ้นก็จะสามารถถ่ายภาพที่มีความละเอียดและระยะถ่ายภาพไกลขึ้นได้ สิ่งสำคัญของกล้องรุ่นต้นแบบนี้คือการใช้ชิปและเซ็นเซอร์ที่มีอยู่แล้วในท้องตลาดโดยไม่จำเป็นต้องสร้างขึ้นใหม่เองทั้งหมดซึ่งทำให้การประเมินและควบคุมต้นทุนการผลิตง่ายกว่าการพัฒนาชิปหรือเซ็นเซอร์ขึ้นมาเอง

สามารถอ่านรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับงานพัฒนากล้องใต้น้ำไร้สายของ MIT นี้ได้ที่นี่

ที่มา – Ars Technica, MIT News