Kamera Holografik Mencar Kaca untuk Melihat di Balik Sudut

Tim peneliti di Northwestern University telah menciptakan kamera resolusi tinggi baru yang dapat melihat di balik sudut dan melalui media yang tersebar, yang dapat berupa apa saja dari kulit hingga kabut.

Penelitian ini diterbitkan pada 18 November di jurnal Nature Communications.

Metode baru ini disebut holografi panjang gelombang sintetis, dan secara tidak langsung menyebarkan cahaya kohere ke objek yang tersembunyi. Cahaya kohere kemudian menyebarkan lagi sebelum kembali ke kamera.

Langkah selanjutnya adalah algoritma yang merekonstruksi sinyal cahaya yang tersebar untuk mengungkapkan objek yang tersembunyi. Metode baru ini juga dapat mengambil gambar objek yang bergerak cepat, seperti jantung yang berdetak melalui dada, berkat resolusi temporal yang tinggi.

Imaging di Luar Garis Pandang

Ada nama untuk bidang penelitian yang relatif baru ini yang melibatkan pengambilan gambar objek di balik media yang tersebar: imaging di luar garis pandang (NLoS). Metode baru yang dikembangkan oleh tim peneliti dapat dengan cepat mengambil gambar bidang penuh dari area yang luas, dan dilakukan dengan presisi dan akurasi yang ekstrem.

Dengan tingkat resolusi yang tinggi, ada kemungkinan kamera komputasi dapat mengambil gambar melalui kulit untuk melihat kapiler kecil.

Ada banyak aplikasi potensial untuk teknologi ini, termasuk pengambilan gambar medis non-invasif. Ini juga dapat digunakan untuk sistem navigasi peringatan dini untuk mobil dan inspeksi industri di ruang yang terbatas.

Florian Willomitzer adalah penulis pertama penelitian.

“Teknologi kami akan membawa gelombang baru kemampuan pengambilan gambar,” kata Willomitzer. “Prototipe sensor kami saat ini menggunakan cahaya tampak atau inframerah, tetapi prinsipnya universal dan dapat diperluas ke panjang gelombang lain. Misalnya, metode yang sama dapat diterapkan pada gelombang radio untuk eksplorasi ruang atau pengambilan gambar akustik bawah air. Ini dapat diterapkan pada banyak bidang, dan kami hanya menyentuh permukaannya.”

Menurut Willomitzer, mengambil gambar di sekitar sudut dan organ di dalam tubuh manusia sebenarnya cukup mirip.

“Jika Anda pernah mencoba menyinari senter melalui tangan Anda, maka Anda telah mengalami fenomena ini,” kata Willomitzer. “Anda melihat bintik terang di sisi lain tangan Anda, tetapi, secara teori, seharusnya ada bayangan yang dibuat oleh tulang Anda, mengungkapkan struktur tulang. Sebaliknya, cahaya yang melewati tulang tersebar dalam jaringan ke semua arah, mengaburkan gambar bayangan.”

Menangkap Cahaya yang Tersebar

Dengan menangkap cahaya yang tersebar, informasi bawaan tentang waktu perjalanannya dapat direkonstruksi untuk mengungkapkan objek yang tersembunyi.

“Tidak ada yang lebih cepat dari kecepatan cahaya, jadi jika Anda ingin mengukur waktu perjalanan cahaya dengan presisi tinggi, maka Anda memerlukan detektor yang sangat cepat,” kata Willomitzer. “Detektor seperti itu dapat sangat mahal.”

Untuk mengatasi tantangan ini, tim menggabungkan gelombang cahaya dari dua laser untuk menghasilkan gelombang cahaya sintetis yang dapat disesuaikan khusus untuk pengambilan gambar holografik dalam skenario penyebaran yang berbeda.

“Jika Anda dapat menangkap seluruh bidang cahaya dari suatu objek dalam hologram, maka Anda dapat merekonstruksi bentuk tiga dimensi objek secara keseluruhan,” kata Willomitzer. “Kami melakukan pengambilan gambar holografik di sekitar sudut atau melalui penyebar — dengan gelombang sintetis bukan cahaya biasa.”

Mengingat cahaya bergerak dalam jalur lurus, perangkat baru ini memerlukan penghalang yang tidak tembus cahaya untuk melihat di sekitar sudut. Cahaya dipancarkan dari unit sensor sebelum memantul dari penghalang dan mengenai objek di sekitar sudut. Kemudian memantul kembali ke penghalang dan kembali ke detektor unit sensor.

“Ini seperti kita dapat menanam kamera komputasi virtual di setiap permukaan jauh untuk melihat dunia dari perspektif permukaan,” kata Willomitzer.

Semua ini berarti teknologi baru ini dapat menggantikan atau melengkapi endoskopi untuk pengambilan gambar medis dan industri. Melalui penggunaannya, kamera fleksibel tidak lagi diperlukan untuk berbelok dan bergerak melalui ruang yang sempit. Sebaliknya, holografi panjang gelombang sintetis dapat menggunakan cahaya untuk melihat di sekitar sudut-sudut tersebut.