Ученые придумали новый способ находить искажения в световых волнах, которые портят качество изображений. Свет пропускают через специальный фильтр — устройство, которое выборочно блокирует или пропускает части светового пучка в зависимости от его формы. Получается сложная картинка, по которой можно определить, как именно искажен волновой фронт. Затем нейросеть анализирует эти изображения. Метод показал точность 99,7% и работает в реальном времени. Это поможет в астрономии, офтальмологии и точных измерениях.

Волновой фронт — это воображаемая поверхность, на которой все точки световой волны колеблются в одинаковой фазе (как синхронные пловцы в бассейне). Если фронт искажен, свет перестает фокусироваться правильно, и изображение «плывет».

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Technologies.

Волновые искажения — это когда световые волны деформируются из-за турбулентной атмосферы, бракованных линз или неправильно настроенных оптических систем, например, телескопов или человеческого глаза. Из-за этого картинка становится размытой.

Ученые из Самарского университета и Университета ИТМО использовали гибридный дифракционный оптический элемент — сложную пластину с микроструктурой, которая преобразует искаженный свет в наглядную картинку. Ее анализирует нейросеть на базе архитектуры Xception, обученная на 2352 изображениях. Ошибка — всего 0,3%.

Метод можно применять:

• в астрономии — чтобы убрать искажения от атмосферы,
• в медицине — для диагностики болезней глаз,
• в промышленности — для проверки качества линз и зеркал.

Мы объединили оптику и машинное обучение, чтобы решать сложные задачи с высочайшей точностью. Следующий шаг — компактный датчик для быстрых измерений, — говорит руководитель проекта Павел Хорин.

Метод особенно ценен для адаптивной оптики в телескопах — атмосферные искажения серьезно мешают наблюдениям. В офтальмологии это может ускорить диагностику глаукомы или катаракты на ранних стадиях. Для промышленности — снизить брак при производстве оптики. Главное преимущество — сочетание скорости (реальное время) и точности (99,7%).

И все же лабораторные условия — не реальный мир. Например, в астрономии турбулентность меняется мгновенно, а в медицине глаз пациента может двигаться. Нужны испытания в «полевых» условиях. Также неясно, как метод поведет себя при сверхслабом освещении — например, при наблюдении далеких звезд.

Ранее российские физики открыли новый способ управлять светом.