Нашему глазу доступно намного больше информации, чем фотоаппарату в наших руках. Находясь, к примеру, в ночном клубе, мы можем разглядеть знакомых, а вот запечатлеть их счастливые лица с помощью камеры, уже не получится: освещения маловато.
Но физики из Массачусетского технологического института трудились над созданием нового алгоритма для камер вовсе не для того, чтобы упростить людям съёмку в барах и ночных клубах.
Их разработка применима для гораздо более серьёзных целей. Например, такой камерой можно создавать изображения человеческого глаза, который может повредить излишнее освещение. Аппарат пригодится и военным-шпионам, которые смогут исследовать незнакомую местность в условиях плохой видимости.
В основе новой технологии лежит принцип реконструкции цельного изображения из одиночных фотонов, попадающих в объектив. Инженер-электрик Ахмед Кирмани (Ahmed Kirmani) и его коллеги разработали алгоритм, который учитывает корреляции между соседними частями фотографируемого изображения.
Похожий принцип работы у человеческого мозга: когда нам недоступна какая-либо информация, он подсознательно достраивает полную картину, основываясь на тех фактах, которыми мы уже располагаем.
"Мы не изобретали новый лазер или детектор. Мы лишь придумали новый алгоритм обработки изображений, который может использоваться самым обычным фотонным детектором", — объясняет Кирмани в пресс-релизе.
Технология довольно проста. Оптический лазер импульсами низкой интенсивности "сканирует" фотографируемый объект, после чего лазер останавливает "свой взгляд" на заданной точке и "стреляет" до тех пор, пока единичный отражённый фотон не попадёт в детектор. Каждая подсвеченная лазером точка объекта соответствует одному пикселю на получаемом снимке.
Полнота информации о снимаемом объекте обеспечивается различными временными отрезками, за которые отражаются единичные фотоны. Таким образом, как правило, воссоздаётся трёхмерное изображение. Но алгоритм, разработанный Кирмани и его командой, позволяет воссоздать тот же объём информации из одной сотой части фотонов, необходимых для полноценной картины, создаваемой существующими лазерными дальномерами.
Поскольку лазер генерирует свет лишь одной определённой длины волны, изображение получается монохроматическим. Однако глубина его не теряется, благодаря тому, что фотонам требуется больше времени, чтобы отразиться от более тёмного участка, чем от светлого.
В ходе испытания разработки команда Кирмани создала фоновый шум. Для симуляции реальных условий учёные взяли лампу накаливания, производящую приблизительно то же число фотонов, что и отражается от лазера. Чтобы уменьшить фоновый шум, инженеры применяли различные алгоритмы, позволяющие создавать трёхмерные изображения высокого разрешения с использованием всего одного миллиона фотонов. Для сравнения: чтобы сделать снимок при комнатном освещении, требуется около нескольких сот триллионов фотонов.
О своём изобретении Кирмани и его коллеги написали статью, которая вышла в журнале Science. Любопытно, что совсем недавно их коллеги продемонстрировали камеру, которая способна снимать полупрозрачные объекты.
Также по теме:
Новая 3D-нанокамера работает со скоростью света и снимает полупрозрачные объекты
Новая камера снимает объёмные изображения объектов, находящихся за углом
Создана видеокамера, записывающая триллион кадров в секунду
Американские инженеры представили безлинзовый фотоаппарат
Инженеры создали изогнутый миниатюрный фасеточный глаз
