Как посмотреть через непрозрачное препятствие?

      Комментарии к записи Как посмотреть через непрозрачное препятствие? отключены

Как посмотреть через непрозрачное препятствие?

    Схема показывает, как происходит сканирование недоступного помещения. В левом нижнем углу два изображения: слева — исходный материал, справа — фигура, опознанная программным обеспечением В принципе все легко Чем несложнее форма, тем легче ее вычленить из данных сканирования. Быть может, в будущем благодаря совершенствованию ПО картины станут более четкими и детализированными

Что в том месте за углом? Либо в помещении с немного открытой дверью? Знать хочется, но любопытство возможно страшным. Но, люди уже давно придумали, как возможно заметить интересующий объект, не пребывав наряду с этим в прямой видимости от него.

Необходимо преломить свет посредством зеркала либо призмы, и окажется что-то наподобие перископа. Но таковой оптический прибор годится далеко не всегда. Быть может ли в роли зеркала выступить та самая немного открытая дверь либо стенки наоборот? Если они не сделаны из материала с зеркальными особенностями, ответ, разумеется, отрицательный. Небольшие неровности рассеют простой свет.

Другое дело, в то время, когда речь заходит о лазере.

Пойманный свет

Как взрывается ядерная бомба, как разрывается граната, как пуля пролетает через яблоко, мы видели много раз. Быстротекущие процессы стали дешёвы отечественному глазу с его через чур инерционной сетчаткой благодаря сверхскоростным камерам, фиксирующим не 24 кадра в секунду, а в миллионы и тысячи раза больше. Но вот заметить, как движется свет, еще совсем сравнительно не так давно казалось нереальным.

, пока несколько исследователей из известного бостонского MIT под управлением ассоциированного доктора наук Рамеша Раскара не продемонстрировала публике одну из самых сенсационных съемок в истории: люди наконец заметили, как фотоны движутся в пространстве, к примеру проходят через бутылку из-под колы.

Для получения таких результатов, само собой разумеется, было нужно выстроить особое оборудование, и в первую очередь камеру. Камера относится к разряду так называемых щелевых, либо стрик-камер, другими словами она не делает 2D-кадров (на таких скоростях это нереально), а всего лишь фиксирует в пространственном виде временную отличие между «прибытиями» отраженных лучей. Камера включает в себя 5000 сенсоров, каковые запускаются попеременно с промежутком в одну триллионную долю секунды.

Объект съемки «подсвечивается» фемтосекундным лазером. Данный титан-сапфировый лазер способен выдавать сверхкороткие импульсы, каковые синхронизированы с работой камеры. В случае если на пути лазера к объекту съемки поставить подвижное зеркало, возможно линия за линией сканировать посредством стрик-камеры целый объект.

Получается совокупность, чем-то похожая на схемы механической развертки изображения в доэлектронном телевидении.

Матовое зеркало

Скоро эта мысль взяла продуктивное развитие — представители той же команды заявили, что посредством фемтосекундного лазера и щелевой камеры они готовы посмотреть за угол либо в недоступное помещение (с открытой дверью), применяя в качестве ветхих хороших зеркал совсем не зеркальные поверхности. Мысль несложна по плану, но поразительно сложна по выполнению.

Тот же самый фемтосекундный лазер выстреливает сверхкороткими импульсами в сторону двери либо стенки с таким расчетом, дабы отраженный луч попал, ну, скажем, в искомую помещение. В комнате луч может удариться в заднюю стенке, в случае если на пути ничего нет, либо, например, в стул, если он стоит среди помещения. Позже он, возможно, отразится еще пара раз, позже опять возвратится к двери и, наконец, будет зафиксирован стоящей снаружи камерой.

Потому, что луч, ударившийся в стенке, и луч, что был остановлен стулом, пройдут различное расстояние, перед тем как попасть на сенсоры камеры, то и время их прохождения по своим траекториям окажется различным. Импульсы сверхкороткие, и эту отличие возможно зафиксировать, а позже посредством особого ПО преобразовать полученные данные в некое подобие «тепловой карты», где территории более интенсивного свечения соответствуют более родным объектам.

Ясно, что изображения, полученные таким методом, будут иметь весьма приблизительные формы, и дабы формы эти купили более узнаваемые очертания трехмерных объектов, кроме этого пригодилась умная математика, которую разрабатывал целый коллектив исследователей, включая Рамеша Раскара, Андреаса Велтена и Откриста Гупту. Тяжело кроме того себе представить, сколько стоит задействованное в этих опытах оборудование, но авторы проекта заявляют, что их успех может в будущем воплотиться в функциональные устройства, благодаря которым, к примеру, пожарные смогут дистанционно осматривать помещения горящего строения, дабы узнать, не остались ли в них люди.

Охота за красным пузырем

Подобные неприятности ставила перед собой вторая несколько исследователей из MIT, в этом случае из Лаборатории им. Линкольна. Исследователи под управлением Грега Чарвата задумались над устройством, которое разрешило бы найти движущиеся объекты, причем не за углом, а за толстой цементной стеной. Это было бы очень полезно, к примеру, на протяжении ведения муниципальных боев, в то время, когда практически в соседнем помещении смогут пребывать воины неприятеля.

Но вот беда — бетон прекрасно поглощает и звук, и радиоволны. При радиолокации 99% исходящих волн останутся в толще стенки, и 1% оставшихся отраженных волн утратит еще 99% на обратном пути. Согласно точки зрения Грегори Чарвата, это было бы не так страшно, потому, что усилители сигнала в полной мере дешёвы, но получение картины заняло бы через чур много времени — нужно просканировать помещение множество раз, для получения читаемого рисунка.

В боевых условиях такое промедление было бы неприемлемым.

Команда Чарвата все же решилась применить радиолокацию, но создала устройство, в котором конструктивно заложен приоритет скорости поступления данных над их качеством. Оказался собственного рода радар с фазированной антенной решеткой, складывающийся из 13 передающих элементов и 8 принимающих. Вся эта аппаратура вместе с вычислительным оборудованием смонтирована на маленькой тележке.

Исследователям из MIT было нужно выбирать длину волн для радиолокации. Как мы знаем, оптимальнее с препятствиями справляются долгие волны, но, для получения картинки с более-менее удовлетворительным разрешением, приемную часть было нужно бы без шуток расширить в размерах. Маленькие волны лучше поглощаются, их использование потребовало бы усилителей, но они были более подходящим вариантом: радиолокацию решили проводить на частоте приблизительно в том же диапазоне, в котором говорят устройства Wi-Fi.

Что удалось взять в итоге? Обработав эти с принимающих антенн, ПО генерирует картину с разрешением 10,8 кадра в секунду. Этого достаточно, дабы отслеживать в настоящем времени перемещение людей за стеной.

Наряду с этим само изображение имеет форму тепловой карты, где красный «пузырь» с неким «гало» из желтого свечения и мерцающих белых точек обязан соответствовать фигуре человека. Оценив количество «пузырей», возможно будет прикинуть силы затаившегося неприятеля.

Иначе, все эти переливы пятен также имеют какой-то суть, и, как сохраняет надежду Грегори Чарват, со временем удастся создать более идеальное ПО, которое отфильтрует шумы и синтезирует более конкретную и узнаваемую картину. Другими словами и для тех, кто пробует посмотреть за угол, и для тех, кто желает наблюдать через стенке, основная задача содержится в том, дабы научить компьютер «вытягивать» из минимума данных недоступный человеку максимум информации.

объект и Камера

Так выглядит опыт с «заглядыванием за угол» в действительности. Слева расположена стрик-камера, считывающая отличие во времени между прошедшими по траекториям различной длины лазерными лучами. Справа — сложенная под прямым углом ширма, изображающая закрытое пространство, за ней людская фигурка.

И наконец, в правом краю снимка еще одна ширма из матового непрозрачного материала. Именно она есть «зеркалом», по отражениям от которого будет выстроена картина невидимого.

Взор вглубь

Методика разрешает не только считывать формы объектов, но и определять их положение относительно друг друга. Две фигуры в виде букв I и одна T расположены на линиях, отстоящих друг от друга на пара миллиметров. По окончании сканирования посредством лазера и стрик-камеры получается комплект из 60 снимков типа светящихся «полумесяцев».

Потом эти снимков синтезируются в неспециализированную картину, которая обрабатывается программным фильтром. Сейчас, в то время, когда формы более-менее очевидны, ПО разбирает глубину их размещения, опираясь на интенсивность свечения.

Опробования бетоном

    До тех пор пока радар, видящий через стенке, не отличается компактностью. Чтобы уместить все рабочее и контрольное оборудование, пригодились две тележки

Для радиолокации было решено применять микроволновый диапазон (протяженность волны около 10 см), что разрешило снизить размеры приемной части. На протяжении опробований употреблялись намерено выстроенные цементные стенки. Примечательно, что на экране радара изображения, полученные как без препятствий, так и через 10-сантиметровые стенки из литого шлакобетона и бетона, практически не отличались.

И только литой бетон толщиной 20 см сделал картину намного более «скупой», вместе с тем распознаваемой.

Шепот радиоволн

На фото — антенна приемного либо передающего сегмента радара. Как утверждают авторы проекта, сам радар, его «железо», представляет собой очень недорогую конструкцию, выстроенную из дешёвых подробностей. Намного большие денежные и трудовые затраты повлекла за собой разработка ПО, разбирающего эти радара.

Дабы не перегружать приемную совокупность, в радаре употребляется фильтр, что отсеивает по частоте волны, отразившиеся конкретно от стенки.

Глаз для х-лучей

    Для жизни в мрачных глубинах природа наделила омара глазом, в котором употребляется не рефракция, а отражение. И это была хорошая мысль

Рентгеновские лучи — уже давешний ассистент человека в обнаружении чего-то скрытого. Одна беда — излучение в этом диапазоне вредно отечественному здоровью, и потому чем не сильный рентгеновский источник в применяемой нами технике — тем лучше. LEXID — успешный пример действенного устройства, отличающегося маленький мощностью и потому довольно надёжного. Данный компактный аппарат, направленный сотрудникам разведслужб, полиции, таможни, пограничной охраны, представляет собой рентгеновский радар.

Ему не требуется просвечивать целый количество полностью — он заглядывает в глубину и считывает контуры находящихся в предметов за счет отраженных от них рентгеновских лучей. Неприятность фокусировки входящих лучей решается за счет конструкции типа «глаз омара». Дело в том, что зрительный орган омара не преломляет входящие лучи в линзе (хрусталике), а перенаправляет посредством отражения от стенок квадратных в сечении зеркальных канальцев.

То же самое происходит в LEXID, и рентгеновские лучи, не весьма «дружащие» с классической оптикой, фокусируются и дают картину хоть и с плохим разрешением, но достаточно детализированную для умелого глаза.

Вся подноготная в кармане

    Терагерцевое излучение не имеет столь вредного действия на человека, как рентген. Оно употребляется в системах и медицине безопасности для досмотра на пунктах контроля

До тех пор пока ученые в MIT трудятся над совершенствованием процессов обработки нечетких изображений, их коллеги из Университета Техаса поделились некое время назад сенсационной новостью: видеть через узкие стенки, доски, одежду не так долго осталось ждать сможет любой обладатель устройства карманного формата, а также мобильного телефона, куда будет интегрирована эта разработка. Команда под управлением доктора наук Кеннетта О заявила о создании формирующей изображение матрицы на базе CMOS.

Матрица чувствительна не к свету, а к электромагнитному излучению в терагерцевом диапазоне, находящемся между микроволновой и инфракрасной частями спектра. Достаточно будет встроить в телефон терагерцевый передатчик и CMOS-матрицу, как аппарат получит в режиме микрорадара. Как эти замыслы реально воплотимы в судьбу и не будет ли от для того чтобы радара больше вреда (среди них и хозяину аппарата), чем пользы, — продемонстрирует время.

Статья «Взор через стенке» размещена в издании «Популярная механика» (№120, октябрь 2012).

OBSTACLE COURSE FOOTBALL CHALLENGE


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: