Κάμερα Ολογραφίας Σκορπίζει Φως για να Δει Γύρω από τις Γωνίες

Μια ομάδα ερευνητών στο Πανεπιστήμιο Northwestern εφεύρε了一 नई υψηλής ανάλυσης κάμερα που μπορεί να δει γύρω από τις γωνίες και μέσα από διασκορπισμένα μέσα, τα οποία μπορούν να είναι οτιδήποτε από το δέρμα μέχρι τη δυσodia.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στις 18 Νοεμβρίου στο περιοδικό Nature Communications.

Η νέα μέθοδος ονομάζεται συνθετική ολογραφία μήκους κύματος και σκορπίζει έμμεσα συνεχή φως σε κρυμμένα αντικείμενα. Το συνεχή φως στη συνέχεια σκορπίζεται ξανά πριν ταξιδέψει πίσω σε μια κάμερα.

Το επόμενο βήμα είναι για einen αλγόριθμο να ανακατασκευάσει το σήμα του σκορπισμένου φωτός για να αποκαλύψει τα κρυμμένα αντικείμενα. Αυτή η νέα μέθοδος θα μπορούσε επίσης να εικονίσει ταχέως κινούμενα αντικείμενα, όπως η κρούση της καρδιάς μέσα από το στήθος, χάρη στην υψηλή χρονική ανάλυση.

Εικόνιση Εκτός Όρασης

Υπάρχει ένα όνομα για αυτό το σχετικά καινούριο πεδίο έρευνας που ασχολείται με την εικόνιση αντικειμένων πίσω από διασκορπισμένα μέσα: εικόνιση εκτός όρασης (NLoS). Η νέα μέθοδος που αναπτύχθηκε από την ερευνητική ομάδα μπορεί να καταγράψει γρήγορα πλήρεις εικόνες μεγάλων περιοχών και το κάνει με ακρίβεια και ακρίβεια.

Λόγω του υψηλού επιπέδου ανάλυσης, υπάρχει η δυνατότητα για την υπολογιστική κάμερα να εικονίσει μέσα από το δέρμα και να δει τις μικρές καπิลลάρες.

Υπάρχουν πολλές πιθανές εφαρμογές για αυτή τη τεχνολογία, συμπεριλαμβανομένης της μη επεμβατικής ιατρικής εικόνισης. Θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για συστήματα προειδοποίησης για αυτοκίνητα και βιομηχανική επιθεώρηση σε στενούς χώρους.

Ο Florian Willomitzer είναι ο πρώτος συγγραφέας της έρευνας.

“Η τεχνολογία μας θα φέρει μια νέα κυματική εικόνιση ικανοτήτων,” είπε ο Willomitzer. “Τα τρέχοντα πρωτότυπα αισθητήρων μας χρησιμοποιούν ορατό ή υπέρυθρο φως, αλλά η αρχή είναι καθολική και θα μπορούσε να επεκταθεί σε άλλα μήκη κύματος. Για παράδειγμα, η ίδια μέθοδος θα μπορούσε να εφαρμοστεί σε ραδιοκύματα για διαστημική εξερεύνηση ή υδροακουστική εικόνιση. Μπορεί να εφαρμοστεί σε πολλά πεδία και έχουμε μόνο γρατσουνίσει την επιφάνεια.”

Σύμφωνα με τον Willomitzer, η εικόνιση γύρω από μια γωνία και ένα όργανο μέσα στο ανθρώπινο σώμα είναι στην πραγματικότητα khá παρόμοια.

“Εάν έχετε कभποτε προσπαθήσει να σβήσετε ένα φακός μέσα από το χέρι σας, τότε έχετε βιώσει αυτό το φαινόμενο,” είπε ο Willomitzer. “Βλέπετε ένα φωτεινό σημείο στην άλλη πλευρά του χεριού σας, αλλά, θεωρητικά, θα πρέπει να υπάρχει μια σκιά από τα οστά σας, αποκαλύπτοντας τη δομή των οστών. Αντίθετα, το φως που περνάει τα οστά σκορπίζεται μέσα στο ιστό σε όλες τις κατευθύνσεις, σβήνοντας完全 την εικόνα της σκιάς.”

Ενεργή Σκορπισμός Φωτός

Με την ενέργεια του σκορπισμένου φωτός, η εγγενής πληροφορία σχετικά με το χρόνο ταξιδιού μπορεί να ανακατασκευαστεί για να αποκαλύψει το κρυμμένο αντικείμενο.

“Τίποτα δεν είναι ταχύτερο από την ταχύτητα του φωτός, οπότε εάν θέλετε να μετρήσετε το χρόνο ταξιδιού του φωτός με υψηλή ακρίβεια, τότε χρειάζεστε εξαιρετικά γρήγορους ανιχνευτές,” είπε ο Willomitzer. “Τέτοιοι ανιχνευτές μπορούν να είναι τρομερά ακριβοί.”

Για να ξεπεραστεί αυτή η πρόκληση, η ομάδα συνδύασε κύματα φωτός από δύο λέιζερ για να παράγει ένα συνθετικό κύμα φωτός που μπορεί να προσαρμοστεί ειδικά για ολογραφική εικόνιση σε διάφορες σκορπιστικές καταστάσεις.

“Εάν μπορείτε να καταγράψετε ολόκληρο το πεδίο φωτός ενός αντικειμένου σε ένα ολόγραφο, τότε μπορείτε να ανακατασκευάσετε το τρισδιάστατο σχήμα του αντικειμένου στην πλήρη του μορφή,” είπε ο Willomitzer. “Κάνουμε αυτή την ολογραφική εικόνιση γύρω από μια γωνία ή μέσα από σκορπιστήρες — με συνθετικά κύματα αντί για κανονικά κύματα φωτός.”

Δεδομένου ότι το φως ταξιδεύει σε ευθείες διαδρομές, η νέα συσκευή απαιτεί ένα αδιαφανές εμπόδιο για να δει γύρω από τις γωνίες. Το φως εκπέμπεται από τη μονάδα αισθητήρα πριν ανακλαστεί από το εμπόδιο και χτυπήσει το αντικείμενο γύρω από την γωνία. Στη συνέχεια, ανακλάται πίσω στο εμπόδιο και πάλι μέσα στον ανιχνευτή της μονάδας αισθητήρα.

“Είναι σαν να μπορούμε να φυτέψουμε μια εικονική υπολογιστική κάμερα σε κάθε απομακρυσμένη επιφάνεια για να δούμε τον κόσμο από την οπτική γωνία της επιφάνειας,” είπε ο Willomitzer.

Όλα αυτά σημαίνουν ότι η νέα τεχνολογία θα μπορούσε είτε να αντικαταστήσει είτε να συμπληρώσει τις ενδοσκοπικές για ιατρική και βιομηχανική εικόνιση. Μέσω της χρήσης της, οι ευέλικτες κάμερες δεν χρειάζονται πλέον να στρίψουν γωνίες και να κινούνται μέσα από στενούς χώρους. Αντίθετα, η συνθετική ολογραφία μήκους κύματος θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει το φως για να δει γύρω από αυτές τις γωνίες.