Diese Laserkamera kann um die Ecke sehen.


Wie kann eine Person um eine blinde Ecke sehen? Eine Antwort ist, x-ray Vision zu entwickeln. Ein eher banalen Ansatz soll einen Spiegel zu verwenden. Aber, wenn weder eine Option, eine Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung von Genevieve Gariepy entwickelten einen State-of-the-Art-Detektor, der mit einigen cleveren Datenverarbeitungstechniken, Wände und Böden in einem "virtuellen Spiegel" machen kann, aus direkter Sichtlinie Objekte, die Macht zu lokalisieren und zu verfolgen, bewegen.

Die glänzende Oberfläche der ein Spiegel funktioniert durch die Reflexion zerstreut Licht von einem Objekt in einem genau definierten Winkel auf Ihr Auge. Da Licht von verschiedenen Punkten auf dem Objekt gestreut spiegelt sich im gleichen Winkel, Ihr Auge sieht ein klares Bild des Objekts. Im Gegensatz dazu eine nicht reflektierende Oberfläche streut das Licht nach dem Zufallsprinzip in alle Richtungen, und schafft kein klares Bild.

Als die Forscher an der Heriot-Watt University und der University of Edinburgh anerkannt, ist jedoch eine Möglichkeit, Informationen über das Objekt auch aus scheinbar zufällige Streulicht herauskitzeln. Ihre Methode, veröffentlicht in Nature Photonics, stützt sich auf Palette-Feststellung Lasertechnik, welche Maßnahmen die Distanz zu einem Objekt basierend auf der Zeit dauert es einen Lichtimpuls auf das Objekt Reisen streuen, und Reisen Sie zurück in einen Detektor.

Im Prinzip ist die Messung ganz einfach. Ein Laserpuls ist prallte auf den Boden und streut in alle Richtungen. Ein kleiner Bruchteil der Laser Licht Streiks das Objekt und das zurückgestreute Licht aufgezeichnet auf einer Etage – der "virtual Mirror" – neben der Stelle der Laser trifft. Weil die Lichtgeschwindigkeit ist bekannt und konstant, durch Messung den zeitliche Abstand zwischen dem Beginn der Laserpuls und das Streulicht den Patch von Etage zu erreichen, kann die Position des Objekts trianguliert.

Allerdings steckt der Teufel im Detail. Die Timing-Messung muss mit einer Genauigkeit von rund 500 Milliardstel einer Sekunde (5 x 10-7oder 500 Nanosekunden) und die Lichtverhältnisse, die erkannt werden müssen sind extrem niedrig. Beide dieser Hindernisse zu überwinden, erfordert einige schwere Laser und Detektor-Technologie. Die Laserpulse verwendet für die Timing-Messung sind nur zehn Femtosekunden (100.000 Milliardstel einer zweiten oder 10-15) lange und jedes Pixel in der ultra-sensitive "Kamera" (bekannt als ein Einzelpixel-Lawine Diodenarray oder SPAD) verwendet, um den Patch von Stock Bild ist im Wesentlichen eine ultraschnelle Stoppuhr, die Ankunftszeit der verstreuten Lichtimpuls, innerhalb von ein paar hundert Milliardstel einer Sekunde aufzeichnet.

Die Komplikationen sind nicht zu Ende. Aus dem Objekt des Interesses gestreuten Lichts erreicht des virtuellen Spiegels des Bodens, aber auch von jedem anderen Objekt in der Nähe gestreuten Lichts. Der Erfolg dieser Technik erfordert, dass die beiden getrennt werden, das "Signal" von den versteckten Objekten aus dem Hintergrundrauschen des alles andere.

Dies wird erreicht, dass die Wimmelbild, die das Gerät zu erkennen versucht, bewegt wird, während andere nahe gelegene Objekte nicht mit. Weil das sich bewegende Objekt ein Signal im virtuellen Spiegel, die mit der Zeit ändert erzeugt, kann es von der konstanten Hintergrundsignal produziert durch die stationäre Objekte der Umgebung gefiltert werden.

Die endgültige Komplikation ist, dass die Timing-Messung für Streulicht Ankunft an einem einzigen Punkt auf dem virtuellen Spiegel und leider durch ein einzelnes Pixel im Detektor aufgezeichnet nicht das Objekt zu einem einzigen Alleinstellung finden. Einer ähnlichen Zeit Verzögerung sich aus Objekten auf eine beliebige Anzahl von unterschiedlichen Positionen ergeben könnte befindet sich eine entsprechende Entfernung der virtuelle Spiegel.

Während die Timing-Daten von einem einzigen Pixel nur das Objekt, das eine Reihe von Positionen findet, unterscheidet sich das Angebot für jedes Pixel. Allerdings stellt sich heraus, dass es nur eine einzelne Position, an der die Timing-Bedingung für alle Pixel gleichzeitig erfüllt ist, und dadurch kann das Objekt vom Hintergrund-Signale eindeutig identifiziert werden.

Die Prototyp-Kamerasystem ermöglicht die Position des Objekts hinter der Wand, an lokalisiert werden, innerhalb von einem Zentimeter oder zwei und durch Messungen alle paar Sekunden, dass die Kamera auch die Geschwindigkeit eines sich bewegenden Objekts erkennen kann. Im Gegensatz zu bisherigen Methoden, die langen Bearbeitungszeiten Daten benötigt, kann die neue Methode verschieben von Objekten in Echtzeit verfolgen. Gegenwärtig es ist begrenzt zum Auffinden von Objekten bis zu 60cm weg von dem virtuellen Spiegel auf dem Boden, aber dies sollte bis etwa zehn Metern sowie genauer zu erkennen, die Formen der versteckten Objekten sowie ihre Positionen verbessern.

Also es ist, zwar nicht sehr vielversprechend und so bequem, wie die Science Fiction-Befugnisse der Röntgenblick beachten Sie die Autoren der Studie, dass die Technologie interessante zukünftige Anwendungen in den Bereichen Überwachung hat – eine sich bewegende Person hinter einer Wand zum Beispiel – oder Fahrzeugsicherheitssysteme ankommende Fahrzeuge nähert sich um Ecken herum erkennen zu erkennen.

Claire Vallance ist Professor für physikalische Chemie an der University of Oxford.

Dieser Artikel erschien ursprünglich auf das Gespräch. Lesen Sie den original Artikel.

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