Физики извлекли картинку из случайного шума

Специалисты из Принстона провели впечатляющий эксперимент: они восстановили чёткий образ исходного рисунка, свет от которого прошёл через полупрозрачный пластик, хаотично раскидавший исходные лучи.

Авторы необычного опыта: Дмитрий Дылов (Dmitry Dylov) и Джейсон Флейшер (Jason Fleischer) (фото Frank Wojciechowski).

В прошлом году Флейшер и его коллеги показали, как нелинейная оптика способна восстанавливать потерянную информацию об объекте. Ныне Джейсон продолжил развивать это направление. В новом опыте физики поставили на пути лазерного луча стеклянную пластинку с рядом цифр и полосок. Получившийся поток света направляли в камеру, передающую картинку на монитор.

Когда между пластинкой и камерой поставили кусочек пластика, изображение на мониторе, очевидно, пропало, превратившись в размытый фон. Тогда авторы опыта поместили перед камерой нелинейный кристалл ниобата бария-стронция. Он заставил взаимодействовать между собой волны "шума" и волны, несущие исходную картинку, восстановив последнюю.

Приложение к нелинейному кристаллу электрического напряжения и точная подстройка последнего позволили проявить скрытое в шумах (верхний левый кадр) изображение цифр и полосок (фото Jason Fleischer/Dmitry Dylov).

Как пишут Дмитрий и Джейсон в своей статье в Nature Photonics, они использовали новую разновидность стохастического резонанса, чтобы усилить полезный сигнал за счёт энергии шума.

"Мы использовали шум, чтобы подкормить сигнал", — объясняет Дылов. Получилась система с самофокусировкой рассеянного света. Этот принцип взаимного влияния составляющих потока отчасти напоминает идею, применённую ранее другой группой для передачи картинки сквозь непрозрачное тело.

Объединив статистическую физику, теорию информации и оптику, Флейшер и Дылов разработали новую теорию того, как зашумлённые сигналы перемещаются в нелинейных материалах. Учёные полагают, что принцип может быть адаптирован под разные типы волн. Так можно будет улучшить ультразвуковые медицинские сканеры и инфракрасные очки ночного видения, телевизионные системы наблюдения сквозь туман и авиационные радары, аппаратуру для видения под водой.