ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา กล้องดิจิตอลถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ ในสังคมของเรา และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในโทรศัพท์มือถือ การเฝ้าระวังความปลอดภัย ยานยนต์อัตโนมัติ และการจดจำใบหน้า
ผ่านกล้องเหล่านี้ ข้อมูลภาพจำนวนมหาศาลถูกสร้างขึ้นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งทำให้เกิดความกังวลเพิ่มขึ้นเกี่ยวกับการปกป้องความเป็นส่วนตัว
วิธีการที่มีอยู่บางวิธีจัดการกับข้อกังวลเหล่านี้โดยใช้อัลกอริธึมเพื่อปกปิดข้อมูลที่ละเอียดอ่อนจากภาพที่ได้มา เช่น การเบลอภาพหรือการเข้ารหัส อย่างไรก็ตาม วิธีการดังกล่าวยังคงเสี่ยงต่อการเปิดเผยข้อมูลที่มีความละเอียดอ่อน เนื่องจากภาพดิบจะถูกจับภาพไว้ก่อนที่จะดำเนินการทางดิจิทัลเพื่อซ่อนหรือเข้ารหัสข้อมูลที่ละเอียดอ่อน นอกจากนี้ การคำนวณอัลกอริธึมเหล่านี้ยังต้องการการใช้พลังงานเพิ่มเติม ยังมีความพยายามอื่นๆ ในการแสวงหาวิธีแก้ปัญหาโดยใช้กล้องที่ปรับแต่งได้เพื่อลดระดับคุณภาพของภาพเพื่อให้สามารถปกปิดข้อมูลที่ระบุตัวตนได้ อย่างไรก็ตาม วิธีการเหล่านี้ทำให้คุณภาพของภาพโดยรวมลดลงสำหรับวัตถุที่สนใจทั้งหมด ซึ่งไม่เป็นที่ต้องการ และยังเสี่ยงต่อการถูกโจมตีจากฝ่ายตรงข้ามเพื่อดึงข้อมูลสำคัญที่บันทึกไว้
งานวิจัยฉบับใหม่ที่ตีพิมพ์ใน eLight ได้ สาธิตกระบวนทัศน์ใหม่เพื่อให้ได้ภาพเพื่อรักษาความเป็นส่วนตัวโดยการสร้างอิมเมจรูปแบบใหม่ที่ออกแบบโดย AI ในบทความของพวกเขา นักวิจัยของ UCLA นำโดย ศาสตราจารย์ Aydogan Ozcanได้นำเสนอกล้องอัจฉริยะที่ถ่ายภาพเฉพาะวัตถุบางประเภทที่ต้องการ ในขณะที่ลบวัตถุประเภทอื่นออกจากภาพทันทีโดยไม่ต้องมีการประมวลผลแบบดิจิทัล
การออกแบบกล้องใหม่นี้ประกอบด้วยพื้นผิวการส่งสัญญาณที่ต่อเนื่องกัน โดยแต่ละส่วนประกอบด้วยคุณสมบัติการเลี้ยวเบนของแสงนับหมื่นตามมาตราส่วนของความยาวคลื่นของแสง โครงสร้างของพื้นผิวที่ส่งผ่านเหล่านี้ได้รับการปรับให้เหมาะสมโดยใช้การเรียนรู้เชิงลึกเพื่อปรับเฟสของสนามแสงที่ส่ง โดยที่กล้องจะถ่ายภาพเฉพาะบางประเภท/คลาสของวัตถุที่ต้องการและลบส่วนอื่นๆ หลังจากการออกแบบโดยใช้การเรียนรู้เชิงลึก (การฝึกอบรม) เลเยอร์ที่ได้จะถูกสร้างขึ้นและประกอบเป็น 3 มิติ เพื่อสร้างกล้องอัจฉริยะ หลังจากประกอบแล้ว เมื่อวัตถุอินพุตจากคลาสเป้าหมายของวัตถุปรากฏขึ้นที่ด้านหน้า วัตถุดังกล่าวจะสร้างภาพคุณภาพสูงที่เอาต์พุตของกล้อง ในทางตรงกันข้าม เมื่อวัตถุอินพุตที่อยู่ด้านหน้ากล้องตัวเดียวกันเป็นของคลาสที่ไม่ต้องการอื่นๆ วัตถุเหล่านั้นจะถูกลบด้วยสายตา
เนื่องจากข้อมูลลักษณะเฉพาะของคลาสของวัตถุที่ไม่ต้องการนั้นถูกลบด้วยแสงทั้งหมดที่เอาต์พุตผ่านการเลี้ยวเบนของแสง กล้องที่ออกแบบโดย AI นี้จึงไม่เคยบันทึกภาพโดยตรงของพวกมัน ดังนั้นการปกป้องความเป็นส่วนตัวจึงเต็มเปี่ยมเนื่องจากการโจมตีของฝ่ายตรงข้ามที่เข้าถึงภาพที่บันทึกไว้ของกล้องนี้ไม่สามารถนำข้อมูลกลับมาได้ คุณสมบัตินี้ยังช่วยลดการจัดเก็บภาพของกล้องและการรับส่งข้อมูล เนื่องจากจะไม่มีการบันทึกภาพของวัตถุที่ไม่ต้องการ
ในการทดลองสาธิตกล้องเฉพาะข้อมูลที่ไม่เหมือนใครนี้ ทีมวิจัยของ UCLA ได้ออกแบบกล้องให้ถ่ายภาพเฉพาะตัวเลขที่เขียนด้วยลายมือเพียงคลาสเดียวเท่านั้น และสร้างกล้องที่ออกแบบโดยใช้การพิมพ์ 3 มิติ กล้องประดิษฐ์ 3 มิตินี้ได้รับการทดสอบโดยใช้คลื่นเทราเฮิร์ตซ์ที่ส่องสว่างตัวเลขที่เขียนด้วยลายมือ ตามหลักการสำคัญของการออกแบบ กล้องอัจฉริยะสามารถเลือกภาพวัตถุอินพุตได้ก็ต่อเมื่อเป็นตัวเลขที่เขียนด้วยลายมือ “2” ในขณะที่ลบตัวเลขที่เขียนด้วยลายมืออื่นๆ ทั้งหมดออกจากภาพที่ส่งออกในทันที ทำให้ได้คุณสมบัติที่คล้ายกับสัญญาณรบกวนที่มีความเข้มต่ำ . นอกจากนี้ ทีมวิจัยได้ทดสอบการออกแบบกล้องของตนอย่างจริงจังภายใต้สภาพแสงต่างๆ ที่ไม่เคยรวมอยู่ในการฝึก และพบว่ากล้องอัจฉริยะนี้ทนทานต่อการให้แสงในรูปแบบต่างๆ
นอกเหนือจากการสร้างภาพเฉพาะคลาสข้อมูลแล้ว การออกแบบกล้องที่ใช้ AI นี้ยังสามารถนำไปใช้สร้างกล้องเข้ารหัสได้ ซึ่งช่วยเพิ่มระดับการรักษาความปลอดภัยและการปกป้องความเป็นส่วนตัวอีกด้วย กล้องเข้ารหัสดังกล่าว ซึ่งออกแบบโดยใช้เลเยอร์การเลี้ยวเบนที่ปรับให้เหมาะกับ AI จะทำการแปลงเชิงเส้นที่เลือกไว้เฉพาะสำหรับวัตถุเป้าหมายที่สนใจเท่านั้น เฉพาะผู้ที่มีสิทธิ์เข้าถึงคีย์ถอดรหัส (เช่น การแปลงเชิงเส้นผกผันในกรณีนี้) เท่านั้นที่สามารถกู้คืนรูปภาพดั้งเดิมของวัตถุเป้าหมายได้ ในทางกลับกัน ข้อมูลของวัตถุที่ไม่ต้องการอื่น ๆ จะสูญหายไปอย่างไม่สามารถย้อนกลับได้ เนื่องจากกล้องที่ออกแบบโดย AI จะลบออกทั้งหมดด้วยแสงที่เอาต์พุต ดังนั้น แม้ว่าจะใช้คีย์ถอดรหัสกับภาพที่บันทึกไว้ ก็ยังให้คุณสมบัติเหมือนสัญญาณรบกวนสำหรับคลาสอื่น ๆ ของวัตถุที่ไม่ต้องการ
ยกเว้นไฟส่องสว่าง กล้องอัจฉริยะนี้ไม่ต้องการพลังงานจากภายนอกในการคำนวณ และทำงานด้วยความเร็วแสง ดังนั้นจึงมีความรวดเร็ว ข้อมูล และประหยัดพลังงาน ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานเฉพาะงาน คำนึงถึงความเป็นส่วนตัว และใช้พลังงานจำกัด หลักคำสอนของการออกแบบกล้องแบบกระจายแสงนี้สามารถสร้างแรงบันดาลใจให้กับระบบภาพในอนาคตซึ่งใช้การประมวลผลและการส่งข้อมูลในระดับที่น้อยลง
งานวิจัยนี้นำโดยศาสตราจารย์ Aydogan Ozcan รองผู้อำนวยการ California NanoSystems Institute (CNSI) และ Volgenau Chair for Engineering Innovation ที่แผนกวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ (ECE) ที่ UCLA พร้อมด้วย Professor Mona Jarrahi, Northrop Grumman Endowed ประธานและผู้อำนวยการ Terahertz Electronics Laboratory ที่ UCLA ECE ผู้เขียนคนอื่น ๆ ของงานนี้ ได้แก่ นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Bijie Bai, Yi Luo, Tianyi Gan, Yuhang Li, Yifan Zhao, Deniz Mengu และนักวิจัยหลังปริญญาเอก Dr. Jingtian Hu ทุกคนมีแผนก ECE ที่ UCLA
ผู้เขียนรายงานการสนับสนุนของสำนักงานวิจัยกองทัพเรือสหรัฐฯ และกระทรวงพลังงาน
