Недорогая нанокамера может работать со скоростью света

Инновационное устройство можно использовать в медицинском сканировании, датчиках предотвращения столкновений для автомобилей и интерактивных играх.

Нанокамера стоимостью 500 долларов, способная работать на скорости света, была разработана учеными из лаборатории Массачусетского технологического института.

Трехмерная камера, представленная на прошлой неделе в ходе Siggraph Asia в Гонконге, основана на технологии «Time of Flight», используемой в устройстве Microsoft Kinect второго поколения, в котором местоположение объектов вычисляется зависимости от того, сколько времени требуется свету, чтобы отразиться от поверхности и вернуться к сенсору. В отличие от существующих устройств на основе этой технологии новая камера не ошибается в дождь, туман и даже учитывает прозрачные объекты, отметил аспирант Ачута Кадамби.

«Используя устройство наподобие нового Kinect, вы не сможете захватывать прозрачные объекты в 3-D», сказал Кадамби. „Все потому, что свет отпрыгивает от прозрачного объекта и фона, смазывает итоговое изображение камеры на 1 пиксел. С помощью нашей новой технологии можно формировать трехмерные модели прозрачных или почти прозрачных объектов“.

Обычно с технологией Time of Flight камера посылает световой сигнал, который отпрыгивает от объекта и возвращается, чтобы отбить определенный пиксел. Поскольку скорость света известна, не составляет труда вычислить расстояние, на которое перемещался сигнал, и глубину объекта, от которого он отражен.

К сожалению, полупрозрачные поверхности, меняющиеся условия среды, кромки или движущиеся объекты создают множественные отражения, которые смешивают изначальный сигнал и возвращают его в камеру, из-за чего сложно определить верное значение.

Инновационная нанокамера вместо этого задействует технологию кодирования, обычно используемую в телекоммуникациях для вычисления расстояния, на которое путешествует сигнал, отметил доцент Рамеш Раскар.

«Мы применили новый метод, который позволяет нам вовремя кодировать информацию», сообщил Раскар. „Когда данные возвращаются, мы можем производить вычисления, весьма распространенные в телекоммуникациях, для оценки различных расстояний с помощью единственного сигнала“.

Идея напоминает существующие методы очистки фотографий от размытых областей, отметил аспирант Аюш Бхандари. «Из-за дрожания рук снятые на мобильные телефоны фотографии нередко бывают размытыми, поскольку в них совмещаются сразу несколько смежных сцен», отметил Бхандари. „Поместив некоторые допуски или погрешности в модель, например, дрожание рук, изображение можно сделать более четким“.

Новая модель, которую ученые назвали нанофотографией, избавляет от смазываний отдельные оптические пути.

В 2011 году группа Раскара представила камеру «триллион кадров в секунду», способную фиксировать отдельный импульс света, перемещающийся по сцене. Камера делает это, исследуя сцену с помощью фемтосекундного светового импульса, а затем применяя скоростное, но дорогое оптическое оборудование. „Фемтокамера“, если кому-то захотелось бы заиметь оную, стоила бы порядка 500000 долларов.

Напротив, новая нанокамера исследует сцену с помощью непрерывно-волнового сигнала, осциллирующего в периодах наносекунды. Это позволило ученым использовать недорогое оборудование, например, стандартные светодиоды, а это значит, что камера достигает временного разрешения в пределах одного порядка величин фемтофотографии, в то время как стоит всего 500 долларов.

«Изменив по сути лишь код, мы можем упорядочить световые пути и визуализировать движение света по месту съемки», заключил Кадамби. „Так мы способны получить чуть менее качественные снимки по сравнению с камерой за 500000 долларов с помощью камеры за 500 долларов“.

27.11.2013