Версия для слабовидящих
Как увидеть что-либо по одиночным фотонам Печать Email
Новости об инновациях
01.12.2013

Ночь, улица, сверхдорогой лидар, строгий министр финансов… Кошмары, мучающие генералов по ночам, могут утратить один важный элемент: новая система, объединяющая фотодетектор и маломощный лазер и работающая в видимом диапазоне, претендует на умение видеть при экстремально низкой освещённости.

Инженер Ахмед Кирмани (Ahmed Kirmani) вместе с коллегами по Массачусетскому технологическому институту (США) создал алгоритм обработки данных, поступающих на видеокамеры, который способен учесть а) корреляции между соседними частями освещаемого объекта и б) особенности физики измерений при низкой освещённости.

m1_2.jpg Рис. 1. Обычный лидар из лазера и фотодетектора. При формальном сходстве с новой системой, созданной в МТИ, он «видит в темноте» в сотню и более раз хуже. (Фото Wikimedia Commons).

«Мы не изобрели ни нового лазера, ни нового детектора», — скоромничает Ахмед, объясняя, что его команда просто применила новый алгоритм обработки изображений, который может использовать любая другая современная пара, состоящая из лазера и фотонного детектора.

В экспериментальной установке обычный лазер с низкоинтенсивными импульсами, работающий в видимом свете, «обстреливает» интересующий наблюдателя предмет. Импульсы посылаются к объекту, покуда хотя бы один отражённый обратно фотон не будет зарегистрирован спаренным с лазером детектором и не станет соответствовать одному пикселу конечного изображения. Затем операция повторяется до тех пор, пока весь объект не «картографируется».

А вот отличия во времени прихода отражённых фотонов от этих импульсов используются для получения информации о вариациях глубины на поверхности объекта. Да, это звучит похоже на стандартную технику формирования объёмного изображения лидаром, если бы не одно «но»: алгоритм Кирмани и Ко обеспечивает получение корректного изображения такой же детализации, как у обычных систем-аналогов, довольствуясь лишь одной сотой от того количества фотонов, которое нужно нынешним лучшим лидарам.

Поскольку сейчас лазер создаёт волны фиксированной длины, изображения пока выходят монохроматическими — чёрно-белыми. Но не совсем: по тому, с какой интенсивностью разные точки объекта отражают импульсы лазера, составляющего активную часть системы, можно до некоторой степени распознать и цвета объекта, благо восстановление изображения тёмной, скажем, поверхности требует большего числа отражённых фотонов и самих импульсов, чем «картографирование» светлых участков.

m2_2.jpg Рис. 2. Изначально очень расплывчатое изображение обрабатывается алгоритмом Кирмани вплоть до получения чёткого объёмного образа. По сути, прибор работоспособен в условиях беззвёздной ночи и при этом, в отличие от продвинутых тепловизоров, не будет баснословно дорогим. (Иллюстрация Kirmani, A. et al.)

Для проверки алгоритма и его способности противостоять «шумам» авторы использовали фотодетектор вкупе с обычной лампой накаливания.

Они установили последнюю на таком расстоянии от объекта, чтобы интенсивность его освещения примерно соответствовала освещению лазером очень малой мощности.

В итоге удалось получить корректное объёмное изображение с высоким разрешением с помощью всего одного миллиона фотонов.

Подчеркнём: это условия весьма низкого освещения. И восстановление точного 3D-изображения при таком уровне до сих пор оставалось категорически невозможным. Чтобы было с чем сравнить: если вы возьмёте ваш телефон и попробуете сделать им изображение такого же качества при типичном офисном освещении, это потребует сотен триллионов фотонов!

Такого рода алгоритмы вкупе с маломощными лазерами, не обязательно работающими в видимом диапазоне, могут найти широкое применение как в изучении биологических тканей, чувствительных к свету, так и (особенно!) в военных и разведывательных приложениях.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Science.

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/articles/2013/kak-uvidet-chto-libo-po-odinochnym-fotonam

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта