Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology udało się uzyskać super czyste obrazy obiektów prawie 100 procent ciemności, dzięki gromadzeniu informacji z pojedyncze fotony zarejestrowane przez każdy pojedynczy piksel detektor półprzewodnikowy.
Zdjęcie z otwartych źródeł
Osiągnięcie to może pomóc na przykład w badaniu kruchości materiały biologiczne, takie jak ludzkie oko, które potrafią zostać uszkodzone przez silniejsze podświetlenie. Również ten rozwój może znaleźć zastosowanie w wywiadach wojskowych, pozwalając na robienie notatek CCTV z minimalnym podświetleniem, aby uniknąć wykrycie przez przeciwnika.
Aby uzyskać te zdjęcia, inżynier elektryk z MIT Ahmer Kirmani i jego koledzy opracowali algorytm, który bierze pod uwagę korelacje między sąsiednimi częściami podświetlonego obiektu, a także fizyka słabo oświetlonych pomiarów.
„Nie wynaleźliśmy nowego lasera ani nowego detektora” zauważa Kirmani. Zamiast tego jego zespół zastosował nowy algorytm, którego można używać ze standardowymi i wszechobecnymi wspólny detektor fotonów.
W tym systemie impulsy o niskiej energii lasera widzialnego światła strzelają w określoną część przestrzeni do co najmniej jeden foton nie będzie zarejestrowanym detektorem; każdy podświetlona kropka odpowiada jednemu pikselowi finału obrazy.
Wahania czasu, w którym fotony odbijają się obiekt, podaj informacje o jego głębokości – jest to standard sposób na odtworzenie struktur trójwymiarowych. Jednak algorytm opracowany przez Kirmani, pozwala osiągnąć ten wynik, wykorzystując tylko jedną setną liczby potrzebnych fotonów istniejące technologie LIDAR.
Ponieważ laser wytwarza światło o tylko jednej długości fali, Obrazy są uzyskiwane w trybie monochromatycznym. Jednak nowa technika na to pozwala w pewnym stopniu identyfikować różne materiały obiektu w oparciu o stopień, w jakim odbijają kolor lasera.
W swoim eksperymencie symulującym rzeczywiste warunki naukowcy zastosowali różne algorytmy redukcji hałasu, co pozwoliło im uzyskać zdjęcia 3D w wysokiej rozdzielczości, za pomocą zaledwie miliona fotonów. Dla porównania migawka ta sama jakość wykonana aparatem smartfona w biurze oświetlenie wymagałoby kilkuset bilionów fotonów, informuje Kirmani.
Lasery