Kā fotografēt caur necaurspīdīgiem objektiem

Tas ir gan spoku, gan pusaudžu sapnis: kā fotografēt caur necaurredzamiem objektiem.

Tas vienmēr ir bijis neiespējami, jo gaisma ir tik slikti izkliedēta, kad tā pārvietojas caur necaurspīdīgu vidi, ka nav iespējams rekonstruēt sākotnējo attēlu. Vai tā mēs bijām domājuši.

Šodien Sebastians Popofs un draugi Langevin institūtā Parīzē parāda, kā to var izdarīt ar matemātisku viltību palīdzību.

Sūtiet lāzera staru caur necaurspīdīgu vidi, un viss, ko jūs saņemsit otrā pusē, ir raibums: stars ir sajaukts šķietami nejauši, jo tas atsitās apkārt un iejaucas materiāla iekšpusē.

Taču Popofs un viņa kolēģi norāda, ka, lai cik sarežģīts šis process būtu, daudzkārtēja izkliede galu galā ir deterministiska. Ja gaisma ir izkliedēta, informācija faktiski netiek zaudēta. Tas nozīmē, ka vajadzētu būt iespējai iegūt informāciju, vienīgais jautājums ir, kā. Popofs un draugi uzskata, ka plankumainais raksts ir attēls, kas ir pārraidīts pa lielu skaitu sarežģītu optisko kanālu. Pēc tam attēla rekonstrukcija ir jāapstrādā tā, lai mainītu šo kanālu ietekmi.

Bet kā atrast tādu operatoru, pārraides matricu, kā to sauc Popoff un co?

Vienkārši, viņi saka. Vienkārši nosūtiet vairākas zināmas viļņu frontes caur materiālu un pierakstiet, kā tās tiek izkropļotas. Pēc tam pārraides matricu var secināt no starpības starp projicēto un pārraidīto viļņu fronti. Viņi saka, ka šis process aizņem tikai dažas minūtes.

Un tieši to viņi ir izdarījuši, izmantojot telpisko gaismas modulatoru, lai izveidotu piemērotas viļņu frontes un attēlus, ko nosūtīt caur necaurspīdīgu cinka oksīda slāni uz stikla mikroskopa priekšmetstikliņa.

Cinka oksīda slānis pārvērš jebkuru attēlu šķietami nejaušā plankumā. Popoff un co pēc tam rekonstruē oriģinālu, izmantojot pārraides matricu (vai faktiski tās apgriezto).

Ir vēl viena papildu sarežģītība: troksnis. Izrādās, ka troksnis būtiski maina pārraides matricu, tāpēc pat nelieli daudzumi sabojā rekonstrukcijas procesu.

Lai to apietu, Popoff un co izgaismo attēlojamo objektu ar vairākām dažādām viļņu frontēm un katrai izmēra pārraides matricu. Tas ir līdzvērtīgs gaismas sūtīšanai pa vairākiem dažādiem izkliedes kanāliem un darbojas kā sava veida vidējās noteikšanas process, kas novērš trokšņa efektu.

Tas ir interesants darbs, ko iedvesmojuši paņēmieni, kas jau kādu laiku ir bijuši akustikā. Viens no komandas locekļiem ir Mathias Fink, kurš 90. gados izgudroja laika apgrieztos akustiskos spoguļus.

Tagad rodas jautājums, kam izmantot šo ierīci. Tam ir daži ierobežojumi, no kuriem acīmredzamākais ir tas, ka vismaz nedaudz gaismas ir jāiziet cauri materiālam, lai tehnika darbotos. Viss, kas pilnībā absorbē gaismu, joprojām būs necaurredzams, tāpēc pusaudži, kas vēlas iekļūt guļamistabās, būs vīlušies. Materiālam jābūt arī lineāram, izslēdzot noteiktas diezgan dīvainu materiālu klases.

Izņemot to, viss notiek. Un, protams, tam vajadzētu darboties gan atspoguļotiem, gan pārraidītiem attēliem. Tātad tas varētu pārvērst parastu sienu par perfektu spoguli. Matēti logi, iespējams, nekad vairs nebūs privāti.
Atsauce: arxiv.org/abs/1005.0532 : attēla pārraide caur necaurspīdīgu materiālu paslēpties