Физики научились с помощью лазера получать трехмерное изображение объекта, находящегося за двухсантиметровым слоем полиуретановой пены. Луч лазера проходил по поверхности рассеивающей среды, и по отраженным фотонам ученые восстанавливали форму и положение предмета.

Упрощенная модель обратной свертки с учетом процесса рассеивания позволила сократить время расчетов с использованием обычного компьютера до 50 миллисекунд, а сама техника не требовала знаний о начальном положении объекта и оказалась применима для большого диапазона расстояний.

Статья опубликована в журнале Nature Communications.

Рассеивание света — одно из главных препятствий для эффективной работы лидаров. Эти приборы используют информацию о времени движения направленного излучения до и после отражения от наблюдаемого объекта для создания его трехмерного изображения и определения его положения в пространстве. Однако если между лидаром и предметом окажется лишь частично прозрачная среда, например, туман, пыль или дым, то определить положение объекта может быть сложно или вовсе невозможно.

С такими ограничениями важно уметь бороться, ведь лидары используются в беспилотных автомобилях, а с похожими проблемами сталкиваются астрономы (из-за неоднородностей в атмосфере) и даже медики (в рамках различных техник медицинской визуализации).

Поэтому необходимо создавать техники создания изображений в условиях, когда между объектом и наблюдателем находится рассеивающая среда. Уже сейчас существует ряд методов, позволяющих решить проблему рассеивания: в некоторых используются так называемые баллистические фотоны, которые не изменяют направление движение при прохождении сквозь неоднородную среду, в других с рассеивателями борются с помощью моделирования их оптических свойств и восстановления исходного сигнала.

Однако для эффективной работы таких техник ученым необходимо заранее знать примерное местоположение объекта, их эффективность резко падает с увеличением расстояний, а восстановление изображения с помощью моделирования требует слишком много времени.

Теперь Дэвид Линделл (David Lindell) и Гордон Ветцштейн (Gordon Wetzstein) из Стэнфордского университета реализовали технику формирования трехмерного изображения объекта за рассеивающей средой с помощью лазера и крайне чувствительного детектора отраженных фотонов.