Camera Holografică care Împrăștie Lumina pentru a Vedea în Spatele Colțurilor

O echipă de cercetători de la Universitatea Northwestern a inventat o nouă cameră de înaltă rezoluție care poate vedea în spatele colțurilor și prin medii de dispersie, care pot fi orice, de la piele la ceață.

Cercetarea a fost publicată pe 18 noiembrie în revista Nature Communications.

Noua metodă se numește holografie cu lungime de undă sintetică și împrăștie indirect lumina coerentă pe obiecte ascunse. Lumina coerentă se împrăștie din nou înainte de a călători înapoi la o cameră.

Următorul pas este ca un algoritm să reconstruiască semnalul de lumină împrăștiat pentru a dezvălui obiectele ascunse. Această nouă metodă poate imagini, de asemenea, obiecte care se mișcă rapid, cum ar fi inima care bate prin piept, datorită rezoluției sale temporale ridicate.

Imagistică fără Linie de Vedere

Există un nume pentru acest domeniu de cercetare relativ nou care implică imagistica obiectelor din spatele mediilor de dispersie: imagistică fără linie de vedere (NLoS). Noua metodă dezvoltată de echipa de cercetare poate captura rapid imagini complete ale unor suprafețe mari și o face cu precizie și acuratețe extremă.

Având în vedere nivelul ridicat de rezoluție, există posibilitatea ca camera computațională să poată imagini prin piele pentru a vedea capilarele mici.

Există multe aplicații potențiale pentru această tehnologie, inclusiv imagistică medicală neinvazivă. De asemenea, poate fi utilizată pentru sisteme de avertizare timpurie pentru navigația autovehiculelor și inspecția industrială în spații închise.

Florian Willomitzer este autorul principal al cercetării.

“Tehnologia noastră va aduce o nouă valură de capacități de imagistică,” a spus Willomitzer. “Prototipurile noastre de senzori actuale utilizează lumină vizibilă sau infraroșie, dar principiul este universal și poate fi extins la alte lungimi de undă. De exemplu, aceeași metodă poate fi aplicată undelor radio pentru explorarea spațială sau imagistica acustică subacvatică. Poate fi aplicată în multe domenii și am abordat doar suprafața.”

Conform lui Willomitzer, imagistica din spatele unui colț și a unui organ din interiorul corpului uman sunt, de fapt, destul de asemănătoare.

“Dacă ai încercat vreodată să strălucești cu o lanternă prin mână, atunci ai experimentat acest fenomen,” a spus Willomitzer. “Vezi o pată strălucitoare pe partea cealaltă a mâinii, dar, teoretic, ar trebui să existe o umbră aruncată de oasele tale, dezvăluind structura oaselor. În schimb, lumina care trece prin oase se împrăștie în țesut în toate direcțiile, estompând complet imaginea umbrei.”

Interceptarea Luminii Împrăștiate

Prin interceptarea luminii împrăștiate, informația inerentă despre timpul de călătorie poate fi reconstruită pentru a dezvălui obiectul ascuns.

“Nimic nu este mai rapid decât viteza luminii, așa că, dacă doriți să măsurați timpul de călătorie al luminii cu precizie ridicată, atunci aveți nevoie de detectoare extrem de rapide,” a spus Willomitzer. “Asemenea detectoare pot fi teribil de scumpe.”

Pentru a depăși această provocare, echipa a combinat undele de lumină de la două lasere pentru a genera o undă de lumină sintetică care poate fi adaptată specific pentru imagistica holografică în diferite scenarii de dispersie.

“Dacă puteți captura întregul câmp de lumină al unui obiect într-un hologram, atunci puteți reconstrui forma tridimensională a obiectului în întregime,” a spus Willomitzer. “Noi facem acest lucru prin imagistica holografică din spatele unui colț sau prin dispersori — cu unde sintetice în loc de unde de lumină normale.”

Având în vedere că lumina călătorește pe drumuri drepte, noul dispozitiv necesită o barieră opacă pentru a vedea în spatele colțurilor. Lumina este emisă de la unitatea de senzor înainte de a se lovi de barieră și de a lovi obiectul din spatele colțului. Apoi se lovi din nou de barieră și intră din nou în detectorul unității de senzor.

“Este ca și cum am putea plasa o cameră computațională virtuală pe fiecare suprafață îndepărtată pentru a vedea lumea din perspectiva suprafeței,” a spus Willomitzer.

Toate acestea înseamnă că noua tehnologie ar putea înlocui sau completa endoscopii pentru imagistica medicală și industrială. Prin utilizarea sa, camerele flexibile nu mai sunt necesare pentru a coti și a se deplasa prin spații strâmte. În schimb, holografia cu lungime de undă sintetică ar putea utiliza lumina pentru a vedea în spatele acestor colțuri.