Створено «шпигунську» технологію виявлення прихованих об’єктів

Вчені Каліфорнійського технологічного інституту створили «шпигунську» технологію, яка дозволяє виявляти об’єкти, що не знаходяться у прямій видимості приладу. Для цього використовуються прилеглі поверхні, які розсіюють світло від об’єкта. Детально технологія, яка може бути використана у безпілотних автомобілях та марсоходах, описана у журналі Nature Photonics.

Технології виявлення поза прямою видимістю (англ. non-line-of-sight, NLOS) дозволяють спостерігати об’єкт, що знаходиться за кутом, по напівтінях, що відкидаються і відсвітів на стіни. Однак, оскільки стіни переважно розсіюють світло, більшість методів NLOS не дають чіткого зображення предмета. Хоча існують комп’ютерні програми, що дозволяють витягувати якнайбільше корисної інформації із зашумлених даних, вони все одно не дають високого дозволу.

Новий метод, названий UNCOVER, компенсує розсіювання світла за рахунок технології формування хвильового фронту (англ. Wavefront shaping), яку використовують, наприклад, для візуалізації процесів у біологічних тканинах. Суть методу полягає у зменшенні різниці у фазах світлових хвиль, яка виникає, коли промені світла після відображення поверхнею, що розсіюється, починають йти різними шляхами. Однак досі для цього необхідно було використати «путівникову зірку» — додаткове точкове джерело світла, яке знаходиться поряд з метою та є шаблоном.

«Путівна зірка» функціонує так. Світло від точкового об’єкта при відображенні від поверхні, що розсіює, створює так звану спекл-структуру — набір фаз з випадковими зрушеннями. Дослідники визначають спекл-структуру, намагаючись сфокусувати розсіяне світло назад у крапку. Далі дані про спекл-структуру використовують, щоб сфокусувати світло від складнішого предмета. Однак технологія формування хвильового фронту в UNCOVER як «путівникова зірка» використовує не точкове джерело світла, а сам об’єкт.

UNCOVER включає модулятор хвильового фронту, через який проходить промінь світла, спрямований на стіну, що відображає його на цільовий об’єкт. Хвильовий фронт оптимізується, тобто модулюється таким чином, щоб світло було сфокусоване на цілі. Про те, що світло потрапляє на ціль, повідомляють спеціальні детектори, що реєструють зворотний потік світла від об’єкта, що також відбивається від стіни. Спочатку промінь світла послідовно подається різні ділянки стіни, у своїй оптимізація фронту відбувається у кожному разі. Потім фронт світла розширюється, щоб охопити одразу кілька ділянок стіни одночасно. Зрештою, промінь світла з оптимізованою хвилею подається відразу на всі ділянки стіни, завдяки чому його повністю вдається сфокусувати на цільовому об’єкті. Важливим є те, що розмір фокусу менший за сам об’єкт.

Таким чином, вчені формують у променя світла таку спекл-структуру, що при відображенні від стіни хвильовий фронт виявляється вирівняним, тобто це розсіювання навпаки. UNCOVER дозволяє обмацувати об’єкт сфокусованим променем світла, що, по суті, є растровим скануванням. При цьому детектор вимірює інтенсивність світла, що відображається об’єктом назад на стіну. У ході експериментів ученим вдалося правильно візуалізувати мішені у формі зірки, трикутника та буквеного символу.