Физики научились заглядывать за угол с помощью лазера и видеокамеры

20 марта 2012 года

Американские физики создали устройство из лазерного излучателя и высокоскоростной видеокамеры, которое позволяет увидеть объект за одиночной стеной или за углом, и опубликовали выводы по его испытаниям и "рецепт" создания аналогичных гаджетов в статье в журнале Nature Communications.

Различные наблюдательные устройства, способные "заглянуть" за угол или через стенку без угрозы обнаружения всегда привлекали внимание различных изобретателей еще со времен античности. Для решения этой задачи использовались самые различные трюки: в древние времена - системы зеркал и линз, в современности - инфракрасные тепловизоры, рентгеновские излучатели и более экзотичные технологии.

Группа физиков под руководством Рамеша Раскара (Ramesh Raskar) из Массачусетского технологического института (США) разработала методику получения трехмерного изображения, скрытого от нас непроницаемой стенкой, при помощи "тандема" из лазера и видеокамеры с пикосекундной разрешающей способностью (триллионных долей секунды).

Изобретение Раскара и его коллег использует рассеянный свет для создания трехмерной картинки скрытого объекта. Для этого, помимо самого объекта и скрывающей его стенки, необходима вторая стена-"отражатель" за ними. В процессе считывания изображения луч лазера достигает произвольной точки на дальней стене, от которой часть его фотонов отражается и достигает скрытого объекта.

Фотоны отражаются от объекта, достигают стены и некоторая доля из них попадает в объектив камеры. Скрытый объект обладает объемом, из-за чего отраженные фотоны преодолевают разное расстояние и попадают на матрицу камеры порознь, каждый с своей собственной "задержкой".

Для решения этой проблемы физики разработали специальную компьютерную программу, складывающую картинку из фотонов в трехмерное изображение предмета. По словам исследователей, благодаря высокой скорости реакции камеры и высокой частоте импульсов лазера, их изобретение способно зафиксировать "холмы" или "овраги" на поверхности предмета глубиной или высотой всего в несколько микрометров (миллионных долей метра).

Раскар и его коллеги проверили работу своего изобретения на игрушечном человечке высотой в 40 сантиметров, который был скрыт от взора камеры светонепроницаемой стенкой. Эксперимент завершился удачно - компьютерный алгоритм успешно реконструировал трехмерную форму манекена по 60 точкам на стенке-"отражателе", на которые был направлен луч лазера.

По словам физиков, точность и разрешение "подглядывателя" можно улучшить несколькими способами - разработкой более эффективного алгоритма сложения фотонов или добавлением большего числа опорных точек на отражающей стенке. В перспективе, такие установки могут быть использованы для изучения обстановки в помещениях с сверхвысоким уровнем радиации или химическим и биологическим заражением.