コーナーを曲げて見えるホログラフィックカメラ

ノースウェスタン大学の研究者チームは、コーナーを曲げて見える高解像度カメラを発明しました。このカメラは、皮膚や霧などの散乱媒体を通して見えることができます。

この研究は、11月18日にNature Communications誌に掲載されました。

この新しい方法は、合成波長ホログラフィーと呼ばれ、間接的にコヒーレント光を隠れた物体に散乱させます。コヒーレント光は、カメラに戻る前に再び散乱します。

次のステップは、アルゴリズムが散乱光信号を再構築して隠れた物体を明らかにすることです。この新しい方法は、高い時間分解能を持つため、胸の通過する心拍などの高速移動物体のイメージングも可能です。

非直線視覚イメージング

散乱媒体の後にある物体をイメージングするこの比較的新しい研究分野には、非直線視覚（NLoS）イメージングという名前があります。研究チームが開発した新しい方法は、極めて高精度と精密さで、大面積の全域イメージを迅速に取得できます。

高解像度のため、計算機カメラは皮膚の下にある微小な毛細血管をイメージングすることができます。

この技術には、非侵襲性医療イメージングを含む多くの潜在的な応用があります。また、自動車の早期警報ナビゲーションシステムや狭い空間での工業検査にも使用できます。

フロリアン・ウィロミッツァーは、この研究の第一著者です。

「私たちの技術は、新しいイメージング能力の波をもたらすでしょう」とウィロミッツァーは述べました。「現在のセンサープロトタイプは、可視光または赤外線を使用していますが、原理は普遍的であり、他の波長に拡張することができます。たとえば、同じ方法は、宇宙探査や水中音響イメージングのための電波に適用できます。多くの分野に適用できますが、まだ表面を掘り下げただけです。」

ウィロミッツァーによると、コーナーを曲げて見えることと、人体内の臓器をイメージングすることは、実際にはかなり似ています。

「あなたが手の中をフラッシュライトで照らしたことがあるなら、この現象を経験したことがあるでしょう」とウィロミッツァーは述べました。「あなたは手の反対側に明るいスポットを見ますが、理論的には、骨の構造を明らかにする影が投影されるはずです。ただし、骨を通過する光は、組織内で全方向に散乱し、影のイメージを完全にぼかします。」

散乱光の検出

散乱光を検出することで、隠れた物体に関するその移動時間の固有情報を再構築して明らかにすることができます。

「光の速度よりも速いものはありません。如果高精度で光の移動時間を測定したい場合は、非常に高速な検出器が必要です」とウィロミッツァーは述べました。「そのような検出器は、非常に高価になる可能性があります。」

この課題を克服するために、チームは2つのレーザーの光波を合成して、ホログラフィックイメージングのための合成光波を生成しました。この合成光波は、さまざまな散乱シナリオに特に適合するように調整できます。

「あなたが物体の全光場をホログラムで捉えられるなら、その物体の3次元形状を完全に再構築できます」とウィロミッツァーは述べました。「私たちは、コーナーを曲げて、または散乱媒体を通して、合成波を使用してホログラフィックイメージングを行います。」

光は直線を通るため、この新しいデバイスは、コーナーを曲げて見えるために不透明なバリアが必要です。光は、センサーユニットから出て、バリアに当たって、コーナーを曲げた物体に当たり、そしてバリアに当たって、センサーユニットの検出器に戻ります。

「私たちは、仮想的な計算機カメラを遠隔地のあらゆる表面に設置して、表面からの視点で世界を見ることができます」とウィロミッツァーは述べました。

すべてのこれらは、新しい技術が医療および産業イメージングのための内視鏡を置き換えるか、または補完する可能性があることを意味します。この技術を使用することで、コーナーを曲げて、狭い空間を移動するために、柔軟なカメラは必要ありません。代わりに、合成波長ホログラフィーは、コーナーを曲げて見えるために光を使用できます。