Инженеры из Университета Райса и Университета Мэриленда представили новую технологию съемки, которая имеет потенциал использования в создании камер, способных видеть сквозь различные среды, такие как туман, дым, сильный дождь, мутная вода, а также прозрачные объекты, которые рассеивают свет и могут скрывать объекты из поля зрения.
Эта технология, названная NeuWS (сокращение от "формирования нейронного волнового фронта"), была разработана совместно лабораторией Вирарагавана и исследовательской группой Кристофера Мецлера из Университета Мэриленда. Основной концепцией NeuWS является использование свойств световых волн, которые можно описать двумя ключевыми характеристиками: интенсивностью света в данном местоположении и его фазой, представляющей состояние колебаний световой волны. Фаза является ключевой для борьбы с рассеиванием света, но непосредственное измерение фазы при высоких оптических частотах оказывается затруднительным.
Вместо этого NeuWS измеряет входящий свет в виде "волновых фронтов", которые представляют собой совокупные данные о фазе и интенсивности света. Затем с помощью внутренней обработки NeuWS расшифровывает фазовую информацию из сотен измерений волнового фронта в секунду.
Современные устройства для модуляции света способны выполнять сотни таких измерений в минуту. Исследователи продемонстрировали, что NeuWS совместно с таким устройством может захватывать видео движущихся объектов, даже если они находятся за средами, которые рассеивают свет, такими как дым, мутные жидкости и другие. Хайюнь Го из Университета Райса, один из ведущих исследователей и доктор философии студент в группе исследования Вирарагавана, сказал:
Это первый шаг, подтверждающий, что данная технология способна корректировать рассеивание света в реальном времени.
В одном из экспериментов использовалось стекло с изображением совы или черепахи, которое вращалось и снималось на верхней камере. Между камерой и стеклом был размещен светорассеивающий материал, и NeuWS успешно скорректировала рассеивание света, позволяя получить четкое видео вращающихся фигур. Эксперименты также проводились с другими рассеивающими средами, включая луковую кожуру, стекла с лаком для ногтей, кусочки ткани и светорассеивающие пленки, и в каждом случае NeuWS продемонстрировала свою способность корректировать рассеивание света и создавать четкое видео.
NeuWS быстро модулирует свет на основе входящих волновых фронтов, создавая несколько немного измененных фазовых измерений. Эти измененные фазы затем передаются нейронной сети с 16 000 параметрами, которая быстро вычисляет необходимые корреляции для восстановления исходной информации о фазе волнового фронта.
Нейронные сети позволяют нам работать быстрее и создавать алгоритмы, требующие меньшего количества измерений.
Эта технология открывает новые возможности для создания камер, способных преодолевать рассеивание света и видеть в сложных условиях, что может иметь широкий спектр применений, включая медицинские и научные исследования, техническое зрение для роботов и другие области.
