Теперь можно снимать из-за угла

Группой студентов Массачусетского технологического института под руководством профессора Рамеша Раскара создана камера быстротечного изображения, Transient imaging camera. Изобретение позволяет выделять из потока света специфические фрагменты, то есть снимать из-за угла. Когда речь заходит о съемке объектов, расположенных вне прямой видимости, сразу на ум приходят зеркала. Но нельзя разнообразные объекты, стены домов или коридоров, двери, предметы мебели или фонарные столбы, стопроцентно заменить зеркалами. Поверхность всех этих объектов обычно матовая, рассеивает свет хаотично и на первый взгляд ничего не показывает. И вот что предложили авторы изобретения.

В основе разработанной ими системы лазер, регулярно выдающий яркие вспышки длительностью в одну квадриллионную долю секунды, не зря проект получил еще одно название, Femto-Photography. Эти короткие зондирующие импульсы уходят в разные стороны, в том числе попадают на предметы, направляющие их за угол. Например, в комнату с приоткрытой дверью. Но в качестве отражателей могут выступить и пол, и потолок.

Далее в дело вступает быстродействующая электроника. Поймав весь отраженный от обстановки свет, можно получить только яркое пятно без деталей. Поскольку же импульс ультракороткий, решающим фактором является время. Современная техника позволяет производить переключения в схеме быстрее, чем свет успевает пройти хотя бы миллиметр. И эта возможность представляет собой ключ к дальнейшей обработке возвращенного света.

Сразу после испускания импульса электроника держит затвор камеры закрытым. Она ждет, пока от таких ближних предметов, как соседняя стена коридора, сама дверь, вернутся фотоны первичного отражения. Эти фотоны не нужны и только испортят всю картину. Далее камера начинает собирать свет.

Фотоны вторичного отражения, условно говоря, это поток, отражающийся от скрытых за углом предметов, через определенное время отскакивают от двери, это уже третье отражение, и направляются к камере. Из всего первоначального импульса в объектив попадает очень малая доля света, остальные фотоны разлетаются, но и этого достаточно.

Важно, что датчик быстродействующей камеры фиксирует не только направление, с которого прилетел фотон, но и точное время его прилета. Речь идет о пикосекундном разрешении. Дальше начинается цифровое построение. Для того, чтобы собрать достаточно информации для обработки, лазер должен сделать не менее 10 вспышек, каждый раз немного с другой позиции. Теперь, используя эти кадры и информацию о времени прибытия каждой порции квантов, камера строит трехмерную сцену, скрытую за углом.

Похожий метод позволяет авиационной камере со вспышкой видеть технику противника, скрытую под кронами деревьев. Все дело в сверхскоростном затворе и чипе, который держит его закрытым, пока возвращается свет, отраженный листьями. Затвор открывается, когда приходит черед запоздавших на миллиардные доли секунды фотонов, отразившихся от машин.

В нашем случае к этому принципу добавляется математическая обработка пришедшего сигнала, позволяющая восстановить форму объекта по слабому вторичному излучению, отраженному от матовой поверхности. Эта обработка напоминает томографию, там тоже конечный результат получается после сопоставления информации о сигнале, воспринятом с разных точек.

Использовать такую технологию можно при спасении людей во время стихийных бедствий или на пожарах, при проведении полицейских и военных операций. Например, зондируя внутренние помещения здания через окна, можно получить изображения людей, невидимых с улицы, например пострадавших, лежащих на полу, или преступников, укрывающихся в дальних углах комнат.

www.membrana.ru