Камера што гледа позади аголот

Група научници од Универзитетот Хериот-Ват и Универзитетот во Единбург развиле врвен детектор кој, со помош на некои паметни техники на обработка на податоци, може да ги претвори ѕидовите и подовите во „виртуелни огледала“ што овозможува да се лоцираат и следат движењата на објектите кои се надвор од видното поле.

Сјајната површина на огледалата функционира на тој начин што ја рефлектира светлината од објектот кон окото под дефиниран агол. Бидејќи светлината што се рапрскува од  различни точки на објектот се рефлектира под ист агол, окото е во состојба јасно да го види објектот. Спротивно на ова, нерефлектирачките површини ја распрскуваат светлината во различни правци и создаваат нејасна слика. Сепак, според истражувачите, има начин да се добијат информации за објектот, дури и од наизглед случајно распрснатата светлина. Во нивната техника, тие користат ласер со што се мери растојанието до објектот врз основа на времето што е потребно зракот да патува до објектот, да се распрсне и да стигне до детекторот.

1Начин на работа

Во принцип мерењето е прилично едноставно. Ласерскиот импулс се одбива од подот и се распрснува во сите правци. Мала фракција од ласерската светлина удира во објектот и светлината што тогаш се распрснува се забележува на еден дел од подот – т.н .„виртуелното огледало“, во близина на местото каде удира ласерот. Бидејќи брзината на светлината е позната и константна, со мерење на временскиот интервал помеѓу почетокот на ласерскиот импулс и времето кога распрснатата светлина ќе стигне до подот, може да се одреди позицијата на објектот преку процесот на триангулација.  

Сепак, мора многу да се внимава на деталите. Мерењето на времето треба да биде многу прецизно – во рамките од околу 500 милијардити дел од секунда (5x,10-7 или 500 наносекунди), а нивоата на светлината што треба да се детектираат се екстремно ниски. За да се надминат овие пречки потребна е многу сериозна ласерка технологија и техника за детекција. Ласерските импулси што се користат за мерење на времето се долги само 10 фемтосекунди (100.000 милијардити дел од секунда, или 10-15), а секој пиксел во ултра сензитивната „камера“ (позната како „SPAD“) што се користи за сликите од подот, всушност е ултра брза стоперка која го мери времето на пристигнување на распрснатата светлина во рок од неколку стотици милијардити делови од секунда.

2Одвојување на светлината

Но, тоа не се единствените комликации. Светлината се распрснува од предметот и стига до виртуелното огледало на подот, но истото се случува и со светлината од другите предмети што се наоѓаат во близината. За да биде успешна техниката, потребно е да се одвои „сигналот“ од скриениот објект од сѐ што смета во позадината. Ова се постигнува со фактот дека скриениот објект што уредот се обидува да го детектира се движи, додека другите предмети во околината се статични. Бидејќи објектот што се движи создава сигнал во виртуелното огледало кој се менува, тој може да се изолира од непроменливите сигнали од статичните предмети во околината.  

Уште една компликација е и тоа што мерењето на времето кога распрснатата светлина пристига во една единствена точка на виртуелното огледало и е снимена од еден пиксел во детекторот, не го лоцира објектот во една единствена позиција. Слично задоцнување на времето може да се добие и од предметите во голем број различни позиции што се наоѓаат на соодветна оддалеченост од виртуелното огледало. Бидејќи со податоците од времето од еден пиксел се лоцира предметот во одреден опсег, опсегот е различен за секој пиксел. Но, сепак излегува дека постои само една единствена позиција каде времето им одговара на сите пиксели истовремено, што овозможува предметот да биде јасно одвоен од позадинските сигнали.

3Можности и примена

Овој прототип систем овозможува да се лоцира предмет што се наоѓа позади некој агол на ѕидот да биде лоциран со разлика од еден до два сантиметри, а со мерења што се вршат на неколку секунди, камерата може исто така да ја одреди и брзината со која се движи предметот. За разлика од претходните методи каде беше потребно долго време за обработка на податоците, со новата метода може да се следат предметите во реално време. Засега може да се лоцираат предмети што се на оддалеченост до 60 сантиметри од виртуелното огледало на подот. Но, ова би требало да се подобри и да достигне до 10 метри, како и да може попрецизно да се одреди формата на скриениот предмет, заедно со неговата позиција.

Авторите на студијата нагласуваат дека оваа технологија во иднина може да има интересна примена во областите како што е надгледувањето – на пример да се детектираат лица што се движат позади ѕид, или во безбедносните системи во автомобилите, за да може да се детектира возило што се приближува од позади некој агол.

Методата е опишана во „Nature Photonics“.