Новая стелс-камера позволяет делать снимки даже в полной темноте

Исследователи из Массачусетского технологического института сумели получить сверхчёткие изображения объектов, находящихся в почти 100-процентной темноте, благодаря сбору информации от единичных фотонов, записанных каждым отдельным пикселем твердотельного детектора.

Это достижение может помочь, например, в исследовании хрупких биологических материалов, вроде человеческого глаза, который может быть повреждён более сильной подсветкой. Также эта разработка может найти применение в военной разведке, позволяя делать записи видеонаблюдения с минимальной подсветкой, что позволит избежать обнаружения противником.

Чтобы получить такие фотографии, инженер-электротехник из MIT Ахмер Кирмани и его коллеги разработали алгоритм, который учитывает корреляции между соседними частями подсвеченного объекта, а также физику слабоосвещённых измерений.

«При этом мы не изобрели новый лазер или новый детектор», отмечает Кирмани. Вместо этого его команда применила новый алгоритм, который можно использовать со стандартным и повсеместно распространённым фотонным детектором.

В этой системе низкоэнергетические импульсы видимого лазерного света выстреливаются в заданную часть пространства до тех пор, пока хотя бы один фотон не окажется записанным детектором; каждая подсвеченная точка соответствует одному пикселю конечного изображения.

Колебания времени, которое требуется фотонам для отражения от объекта, предоставляют информацию о его глубине – это стандартный способ воссоздания трёхмерных структур. Однако алгоритм, разработанный Кирмани, позволяет достичь этого результата, используя лишь одну сотую числа фотонов, которые необходимы существующим на сегодняшний день LIDAR-технологиям.

Поскольку лазер генерирует свет только с одной длиной волны, изображения получаются монохромными. Однако новая техника позволяет до некоторой степени идентифицировать различные материалы объекта на основании того, в какой мере они отражают цвет лазера.

В своём эксперименте, имитирующем реальные условия, исследователи использовали различные алгоритмы подавления шума, которые позволили им получить 3D снимки высокого разрешения, использовав всего один миллион фотонов. Для сравнения, снимок такого же качества, сделанный камерой смартфона при офисном освещении, потребовал бы несколько сотен триллионов фотонов, сообщает Кирмани.