Holografická kamera rozptyluje světlo, aby viděla kolem rohů

Tým výzkumníků z Northwestern University vynalezl novou vysokorozlišovací kameru, která může vidět kolem rohů a skrz rozptylující média, jako je kůže nebo mlha.

Výzkum byl zveřejněn 18. listopadu v časopise Nature Communications.

Nová metoda se nazývá syntetická vlnová délka holografie a nepřímo rozptyluje koherentní světlo na skryté objekty. Koherentní světlo se poté opět rozptyluje, než se vrátí do kamery.

Dalším krokem je, aby algoritmus rekonstruoval signál rozptýleného světla, aby odhalil skryté objekty. Tato nová metoda může také zobrazovat rychle se pohybující objekty, jako je bijící srdce skrz hrudník, díky své vysoké časové rozlišitelnosti.

Non-line-of-sight Imaging

Existuje název pro toto relativně nové výzkumné pole, které se zabývá zobrazováním objektů za rozptylujícími médii: non-line-of-sight (NLoS) imaging. Nová metoda vyvinutá výzkumným týmem může rychle zachytit plné pole obrazů velkých oblastí a dělá to s extrémní přesností a точností.

Vzhledem k vysoké úrovni rozlišení existuje možnost, že počítačová kamera může zobrazit skrz kůži a vidět malé kapiláry.

Existuje mnoho potenciálních aplikací pro tuto technologii, včetně neinvazivního medicínského zobrazování. Může být také použita pro systémy včasného varování pro automobily a průmyslovou inspekci v uzavřených prostorech.

Florian Willomitzer je prvním autorem výzkumu.

“Naše technologie bude znamenat novou vlnu zobrazovacích možností,” řekl Willomitzer. “Naše současné senzorové prototypy používají viditelné nebo infračervené světlo, ale princip je univerzální a může být rozšířen na jiné vlnové délky. Například stejná metoda může být použita pro rádiové vlny pro kosmické průzkumy nebo podvodní akustické zobrazování. Může být aplikována na mnoho oblastí a my jsme pouze poškrábali povrch.”

Podle Willomitzera je zobrazování kolem rohu a orgánů uvnitř lidského těla vlastně quite podobné.

“Pokud jste někdy zkoušeli svítit baterkou skrz ruku, pak jste zažili tento jev,” řekl Willomitzer. “Vidíte jasnou skvrnu na druhé straně ruky, ale teoreticky by tam měla být stín vržený kostmi, odhalující strukturu kostí. Místo toho se světlo, které prochází kostmi, rozptyluje ve tkáni ve všech směrech, úplně rozmazává obraz stínu.”

Intercepting Scattered Light

Zachycením rozptýleného světla lze rekonstruovat vnitřní informace o době jeho cesty, aby se odhalil skrytý objekt.

“Nic není rychlejší než rychlost světla, takže pokud chcete měřit dobu cesty světla s vysokou přesností, pak potřebujete extrémně rychlé detektory,” řekl Willomitzer. “Takové detektory mohou být strašně drahé.”

Aby překonali tuto výzvu, tým spojil světelné vlny ze dvou laserů, aby vytvořil syntetickou světelnou vlnu, která může být speciálně upravena pro holografické zobrazování v různých scénářích rozptylu.

“Pokud můžete zachytit celý světelný tok objektu v hologramu, pak můžete rekonstruovat trojrozměrný tvar objektu v jeho celistvosti,” řekl Willomitzer. “My děláme holografické zobrazování kolem rohu nebo skrz rozptylující média – se syntetickými vlnami místo normálního světla.”

Pоскольку světlo cestuje přímými cestami, nové zařízení vyžaduje neprůhlednou bariéru, aby mohlo vidět kolem rohů. Světlo je emitováno z senzorové jednotky, než se odrazí od bariéry a zasáhne objekt kolem rohu. Poté se odrazí zpět od bariéry a zpět do detektoru senzorové jednotky.

“Je to jako bychom mohli umístit virtuální počítačovou kameru na každý vzdálený povrch, aby viděli svět z perspektivy povrchu,” řekl Willomitzer.

To vše znamená, že nová technologie může buď nahradit nebo doplnit endoskopy pro medicínské a průmyslové zobrazování. Díky jejímu použití již nejsou potřebné flexibilní kamery, aby se otáčely a pohybovaly skrz úzké prostory. Místo toho může syntetická vlnová délka holografie použít světlo, aby viděla kolem těchto rohů.