Французы впервые разглядели картинку сквозь непрозрачное стекло

Передать монохромное изображение сквозь непрозрачное препятствие впервые смогли учёные под руководством Сильвена Жигана (Sylvain Gigan) из Высшей школы физики и индустриальной химии.

Результат "разглядывания" изображения, спрятанного за образцом из стекла, которое покрыто слоем оксида цинка (ZnO) толщиной около 80 микрометров (иллюстрация Gigan et. al).

Нет, речь не о рентгеновском и даже не о терагерцевом излучении, а о почти обычном свете. Дело вот в чём: непрозрачные предметы на самом деле всё равно пропускают через себя малую толику света. Другое дело, что он настолько рассеян атомами материала, что собрать его обратно в единую картинку практически нереально.

Долгие годы учёные теоретизировали на тему того, что при помощи специальной техники всё-таки можно провернуть такой трюк. В 2008-м был сделан первый шаг: светом впервые удалось "пробить" твёрдое, по идее, непрозрачное тело. И вот теперь физики собрали снимок на обратной стороне непрозрачного стекла. Для этого они как бы обернули вспять ход луча света (хоть рассеивание и сложный процесс, но он тоже подчиняется определённым законам).

Каждый предмет рассеивает свет по одному и тому же пути, в науке его описывают передаточной матрицей. "То есть если слой краски на стекле считать лабиринтом для света, то передаточная матрица представляет собой карту того самого лабиринта", — поясняет Жиган.

Чтобы построить передаточную матрицу покрашенного стекла, учёные посветили на него слабым лазерным лучом. В ходе тысячи подходов физики меняли форму луча при помощи пространственного модулятора света (аналогичного тому, что управляет лучом видеопроектора). Тем временем цифровая камера, поставленная по другую сторону непрозрачного стекла, фиксировала меняющиеся картины рассеивания луча. Сравнивая входные и выходные данные, учёные смогли полностью обсчитать ту самую передаточную матрицу.

Дело было за малым: определить, что же можно разглядеть с той стороны окрашенного стекла, если проецировать на него какую-либо картинку. Сразу отметим, что если бы на оборотную сторону посмотрел человек, он увидел бы лишь ровное пятно света.

Но физики смогли раскодировать размытое свечение, применив полученную ранее информацию. Для начала они послали на стекло довольно простой рисунок: 256-пиксельную прямоугольную сетку, часть квадратов которой была более яркой, чем остальные.

"Как только нам стала известна матрица, мы заполучили возможность быстро и полностью реконструировать транслируемое изображение. Теперь мы можем регистрировать из-за непрозрачного стекла даже меняющиеся видеоизображение", — рассказывает Жиган.

Впрочем, пока ещё рано так уж радоваться за необычную технологию: "пересылаемые" изображения примитивны. "Качество фотографий быстро падает при увеличении количества пикселей, так как параллельно уменьшается отношение сигнал-шум", – отмечает Сильвен. Но, по словам, французов, им есть что улучшить уже сейчас.

"Мы видим, что данной технологии ещё расти и развиваться, но тем не менее она заслуживает внимания", — полагает Оллард Моск (Allard Mosk) из университета Твента (Universiteit Twente), ранее также проводивший подобные исследования. Голландец считает, что комплексный подход научных групп со всего мира со временем позволит увеличить разрешение картинок, передаваемых через непрозрачную стену.

Все подробности — в статье авторов исследования, которая пока опубликована на сайте препринтов arXiv.org.