홀로그래픽 카메라가 구석을 돌아보는 방법: 산란된 빛으로 사물을 보는 기술

노스웨스턴 대학교의 연구팀은 구석을 돌아보거나 산란된 매체를 통해 사물을 볼 수 있는 새로운 고해상도 카메라를 발명했습니다. 이 기술은 피부나 안개와 같은 모든 것을 통해 사물을 볼 수 있습니다.

이 연구는 11월 18일 네이처 커뮤니케이션즈 저널에 발표되었습니다.

새로운 방법은 합성파장 홀로그래피라고 불리며, 간접적으로 일관된 빛을 가려진 물체에 산란시킵니다. 일관된 빛은 다시 산란된 후 카메라로 돌아옵니다.

다음 단계는 산란된 빛 신호를 재구성하여 가려진 물체를 나타내는 알고리즘을 사용하는 것입니다. 이 새로운 방법은 또한 빠르게 움직이는 물체, 예를 들어 가슴을 통해 심장의 박동을 이미지화할 수 있습니다.

직선이 아닌 시야 이미지

산란된 매체 뒤에 있는 물체를 이미지화하는 상대적으로 새로운 연구 분야에는 이름이 있습니다. 즉, 직선이 아닌 시야(NLoS) 이미지입니다. 연구팀이 개발한 새로운 방법은 빠르게 전체 필드 이미지를 큰 영역으로 캡처할 수 있으며,極めて 높은 정밀도와 정확도로 수행됩니다.

해상도가 매우 높은 만큼, 이 계산 카메라는 피부를 통해 작은 모세혈관을 이미지화할 수 있습니다.

이 기술에는 비침습적 의료 이미지화와 같은 많은 잠재적인 응용 프로그램이 있습니다. 또한 자동차의 조기 경고 내비게이션 시스템이나 협소한 공간의 산업 검사에도 사용될 수 있습니다.

Florian Willomitzer는 이 연구의 첫 번째 저자입니다.

“우리의 기술은 새로운 이미지화 능력의 물결을 가져올 것입니다.”라고 Willomitzer는 말했습니다. “우리의 현재 센서 프로토タイプ는 가시광선 또는 적외선 빛을 사용하지만, 원리는 보편적이며 다른 파장으로 확장될 수 있습니다. 예를 들어, 동일한 방법을 라디오 波로 적용하여 우주 탐사 또는 수중 음향 이미징을 수행할 수 있습니다. 많은 분야에 적용될 수 있으며, 우리는 아직 표면만 긁었을 뿐입니다.”

Willomitzer에 따르면, 구석을 돌아보거나 인간의 몸 안에 있는 기관을 이미지화하는 것은 실제로 khá 유사합니다.

“손을 통해 손전등을 비추어 본 적이 있다면, 이 현상을 경험한 것입니다.”라고 Willomitzer는 말했습니다. “당신은 손의 다른 쪽에 밝은 점을 볼 수 있지만, 이론적으로는 뼈의 구조를 나타내는 그림자가 있어야 합니다. 그러나 뼈를 통과하는 빛은 조직 내에서 모든 방향으로 산란되어 그림자를 완전히 흐리게 합니다.”

산란된 빛을截断

산란된 빛을截断함으로써, 그 여행 시간에 대한 내재된 정보를 재구성하여 가려진 물체를 나타낼 수 있습니다.

“빛의 속도보다 빠른 것은 없습니다. 따라서 빛의 여행 시간을 높은 정밀도로 측정하려면 매우 빠른 감지기가 필요합니다.”라고 Willomitzer는 말했습니다. “그러한 감지기는 매우 비싸질 수 있습니다.”

이 도전을 극복하기 위해, 팀은 홀로그래픽 이미징을 위한 합성 빛 波를 생성하기 위해 두 개의 레이저의 빛 波를 결합했습니다.

“만약 당신이 물체의 전체 빛 필드를 홀로그래프로 캡처할 수 있다면, 물체의 3차원 형태를 완전히 재구성할 수 있습니다.”라고 Willomitzer는 말했습니다. “우리는 구석을 돌아보거나 산란된 물체를 통해 합성 波를 사용하여 홀로그래픽 이미징을 수행합니다.”

빛은 직선 경로로 이동하므로, 새로운 장치는 구석을 돌아보는 데 불투명한 장벽이 필요합니다. 빛은 센서 유닛에서 발사되어 장벽에 부딪히고 물체에 닿은 후 다시 장벽에 부딪혀 센서 유닛의 감지기에 돌아옵니다.

“마치 우리가 모든 원격 표면에 가상 계산 카메라를 심어놓은 것처럼, 표면의 관점에서 세계를 볼 수 있습니다.”라고 Willomitzer는 말했습니다.

이 모든 것은 새로운 기술이 의료 및 산업 이미징을 위한 내시경을 대체하거나 보완할 수 있음을 의미합니다. 이 기술을 사용하면 구석을 돌아보거나 협소한 공간을 통해 이동하기 위해 유연한 카메라가 더 이상 필요하지 않습니다. 대신, 합성 파장 홀로그래피를 사용하여 빛으로 이러한 구석을 돌아볼 수 있습니다.