Одной из самых знаменитых способностей Супермена является суперзрение, которое позволяло ему рассматривать атомы, видеть в темноте и на огромное расстояние, а еще видеть сквозь предметы. Эту способность крайне редко демонстрируют на экранах, но она есть.

В нашей же реальности видеть сквозь практически полностью непрозрачные объекты также можно, применив некоторые научные трюки. Однако, полученные снимки всегда были черно-белые, до недавнего времени.

Сегодня мы познакомимся с исследованием, в котором ученые из университета Дьюка (США) смогли сделать цветной снимок объектов, спрятанных за непрозрачной стеной, применив однократное световое воздействие. Что это за супер-технология, как она работает и в каких областях может применяться? Об этом нам расскажет доклад исследовательской группы.

Основа исследования

Несмотря на все возможные «плюшки» технологии визуализации объектов в рассеивающих средах, существует ряд проблем реализации данной технологии. Основной является факт того, что пути фотонов, проходящих через рассеиватель, сильно меняются, что приводит к случайным паттернам спеклов* по ту сторону.

Спекл * — это случайная интерференционная картина, формируемая при взаимной интерференции когерентных волн, которые обладают случайными сдвигами фаз и/или случайным набором интенсивности. Чаще всего выглядит как набор светлых пятен (точек) на темном фоне.

За последние годы было разработано несколько методик визуализации, позволяющих обойти эффекты рассеивателя и извлечь информацию об объекте из рисунка спекла. Проблема этих методик в их ограниченности — нужно иметь определенные знания об объекте, иметь доступ к рассеивающей среде или объекту и т.д.

В то же время существует куда более совершенный, по мнению ученых, метод — визуализация с эффектом памяти (ME). Такой метод позволяет визуализировать объект без предварительных знаний касательно его самого или рассеивающей среды. Недостатки есть у всех, как мы знаем, и ME-метод не исключение. Для получения высококонтрастных спекл-паттернов и, соответственно, более точных изображений освещение должно быть узкополосным, т.е. менее 1 нм.

Перехитрить ограничения ME-метода также возможно, но, опять же, эти трюки связаны с доступом к оптическому источнику или объекту до рассеивателя или же с прямым измерением PSF*.

PSF * — функция рассеяния точки, описывающая изображение, которое получает система формирования при наблюдении точечного источника света или точечного объекта.

Исследователи называют эти методы рабочими, но не совершенными, так как измерение PSF не всегда возможно ввиду, например, динамичности рассеивателя либо его недоступностью перед процедурой визуализации. Другими словами, есть над чем работать.

В своем труде исследователи предлагают иной подход. Они демонстрируют нам метод реализации многоспектральной визуализации объектов через рассеивающую среду с использованием единственного спекл-измерения монохромной камерой. В отличие от других методик, данная не требует предварительных знаний о PSF системе или спектре источника.

Новый метод позволяет создать высококачественные изображения целевого объекта в пяти хорошо разделенных спектральных каналах между 450 нм и 750 нм, что было подтверждено расчетами. На практике же пока удалось достичь визуализации трех хорошо разделенных спектральных каналов между 450 нм и 650 нм и шести смежных спектральных каналов между 515 и 575 нм.