Схема показує, яким чином відбувається сканування недоступного приміщення. У лівому нижньому кутку два зображення: зліва - вихідний матеріал, праворуч - постать, визначена програмним забезпеченням
В принципі все просто Чим простіше форма, тим легше її виокремити з даних сканування. Можливо, в майбутньому завдяки вдосконаленню ПО картинки стануть більш чіткими і деталізованими
Що там за рогом? Або в кімнаті з відкритими дверима? Знати хочеться, але цікавість може бути небезпечним. Втім, люди вже давно придумали, як можна побачити об'єкт, що цікавить, не перебуваючи при цьому в прямої видимості від нього. Потрібно переломити світло за допомогою дзеркала або призми, і вийде щось на зразок перископа. Однак такий оптичний прилад годиться далеко не завжди. А чи може в ролі дзеркала виступити та сама відкриті двері або стіна навпроти? Якщо вони не зроблені з матеріалу з дзеркальними властивостями, відповідь, очевидно, негативний. Дрібні нерівності розсіють звичайне світло. Інша справа, коли мова йде про лазері.
спійманий світло
Як вибухає атомна бомба, як розривається граната, як куля пролітає крізь яблуко, ми бачили неодноразово. Швидкоплинні процеси стали доступні нашому оку з його занадто інерційною сітківкою завдяки надшвидкісних камерам, що фіксує не 24 кадру в секунду, а в тисячі і мільйони разів більше. Але ось побачити, як рухається світ, ще зовсім недавно здавалося нереальним. До тих пір, поки група дослідників з знаменитого бостонського MIT під керівництвом асоційованого професора Рамеша Раскар не показала публіці одну з найбільш сенсаційних зйомок в історії: люди нарешті побачили, як фотони рухаються в просторі, наприклад проходять крізь пляшку з-під коли.
Для отримання таких результатів, звичайно, довелося побудувати спеціальне обладнання, і перш за все камеру. Камера відноситься до розряду так званих щілинних, або стрик-камер, тобто вона не робить 2D-кадрів (на таких швидкостях це неможливо), а всього лише фіксує в просторовому вигляді тимчасову різницю між «Прибуття» відбитих променів. Камера включає в себе 5000 сенсорів, які запускаються по черзі з інтервалом в одну трильйонну частку секунди. Об'єкт зйомки «підсвічується» фемтосекундним лазером. Цей титан-сапфіровий лазер здатний видавати сверхкороткие імпульси, які синхронізовані з роботою камери. Якщо на шляху лазера до об'єкту зйомки поставити рухоме дзеркало, можна лінія за лінією сканувати за допомогою стрик-камери весь об'єкт. Виходить система, чимось схожа на схеми механічної розгортки зображення в доелектронном телебаченні.
матове дзеркало
Незабаром ця ідея отримала продуктивний розвиток - представники тієї ж команди оголосили, що з допомогою фемтосекундного лазера і щілинної камери вони готові зазирнути за кут або в недоступне приміщення (з відкритими дверима), використовуючи в якості старих добрих дзеркал зовсім дзеркальні поверхні. Ідея проста за задумом, але неймовірно складна по виконанню. Той же самий фемтосекундний лазер вистрілює надкоротких імпульсами в бік дверей або стіни з таким розрахунком, щоб відбитий промінь потрапив, ну, скажімо, в шукану кімнату. У кімнаті промінь може вдаритися в задню стіну, якщо на шляху нічого немає, або, наприклад, в стілець, якщо він стоїть посеред кімнати. Потім він, ймовірно, позначиться ще кілька разів, потім знову повернеться до дверей і, нарешті, буде зафіксовано стоїть зовні камерою. Оскільки промінь, який вдарився в стіну, і промінь, який був зупинений стільцем, пройдуть різну відстань, перш ніж потрапити на сенсори камери, то і час їх проходження по своїх траєкторіях буде різна. Імпульси сверхкороткие, і цю різницю можна зафіксувати, а потім за допомогою спеціального ПО перетворити отримані дані в якусь подобу «теплової карти», де зони більш інтенсивного світіння відповідають ближчим об'єктів.
Полювання за червоним міхуром
Аналогічні проблеми ставила перед собою інша група дослідників з MIT, на цей раз з Лабораторії ім. Лінкольна. Дослідники під керівництвом Грега Чарвата задумалися над пристроєм, яке дозволило б виявити рухомі об'єкти, причому не за рогом, а за товстої бетонною стіною. Це було б дуже корисно, наприклад, під час ведення міських боїв, коли буквально в сусідньому приміщенні можуть перебувати солдати ворога. Але ось біда - бетон добре поглинає і звук, і радіохвилі. При радіолокації 99% вихідних хвиль залишаться в товщі стіни, і 1%, що залишилися відбитих хвиль втратить ще 99% на зворотному шляху. На думку Грегорі Чарвата, це було б не так страшно, оскільки підсилювачі сигналу цілком доступні, але отримання картинки зайняло б занадто багато часу - необхідно просканувати приміщення безліч разів, щоб отримати читається малюнок. У бойових умовах таке зволікання було б неприйнятним.
Команда Чарвата все ж таки зважилася застосувати радіолокацію, але створила пристрій, в якому конструктивно закладений пріоритет швидкості надходження даних над їх якістю. Вийшов свого роду радар з фазованими антенними гратами, що складається з 13 передавальних елементів і 8 приймаючих. Вся ця апаратура разом з обчислювальним обладнанням змонтована на невеликому візку.
Дослідникам з MIT довелося вибирати довжину хвиль для радіолокації. Як відомо, найкраще з перешкодами справляються довгі хвилі, проте, для того щоб отримати картинку з більш-менш задовільним дозволом, приймальню частина довелося б серйозно збільшити в розмірах. Короткі хвилі краще поглинаються, їх застосування вимагало б підсилювачів, але вони виявилися більш підходящим варіантом: радіолокацію вирішили проводити на частоті приблизно в тому ж діапазоні, в якому віщають пристрої Wi-Fi.
Що вдалося отримати в результаті? Обробивши дані з приймаючих антен, ПО генерує картинку з роздільною здатністю 10,8 кадру в секунду. Цього цілком достатньо, щоб відстежувати в реальному часі переміщення людей за стіною. При цьому саме зображення має вигляд теплової карти, де червоний «бульбашка» з якимсь «гало» з жовтого світіння і мерехтливих білих точок повинен відповідати фігурі людини. Оцінивши кількість "бульбашок", можна буде прикинути сили зачаївся ворога.
З іншого боку, всі ці переливи плям теж мають якийсь сенс, і, як сподівається Грегорі Чарват, з часом вдасться розробити більш досконале ПО, яке відфільтрує шуми і синтезує більш конкретну і впізнавану картинку. Тобто і для тих, хто намагається заглянути за кут, і для тих, хто хоче дивитися крізь стіну, головне завдання полягає в тому, щоб навчити комп'ютер «витягати» з мінімуму даних недоступний людині максимум інформації.