Как видеть через кожу при помощи обычного света

Учёные из Институт Вейцмана (Израиль) под руководством Ярона Зильберберга попытались решить задачу восстановления изображения, проходящего через малопрозрачную — или даже совсем непрозрачную — среду (такую, например, как человеческая кожа), при помощи пространственного модулятора света.

Многие материалы хотя и пропускают свет, но рассеивают его так, что получить изображение не удаётся — либо оно становится слишком нечётким для передачи хоть какой-то информации. То же самое происходит, когда свет от какого-то объекта отражается от иной поверхности: к примеру, когда человек за углом освещён, световые волны от него приходят и за угол — при переотражении, но рассеивание так сильно искажает их, что получить детальное изображение нельзя. Точнее, было нельзя.

Слева направо: фокусировка света в нормальном случае, через полупрозрачную плёнку, через неровную поверхность (здесь и ниже иллюстрации Eran Small et al.).

Вообще говоря, «видеть за углом» различные исследовательские группы научились ещё в 2010 году — при помощи лазера, импульсы которого отражались от пола и стен и формировали изображение на манер лидара (по измерению времени отражения импульсов). Проблемой было лишь то, что такой метод мало подходил для просвечивающихся сред: слишком уж велико рассеивание для точного формирования изображения.

«Если вы хотите увидеть процесс развития зародыша в яйце, в то время как скорлупа рассеивает свет любого источника, или вам нужно увидеть что-то через кожу человека, рассеивание становится основной проблемой, и измерение времени прохождения отражённого сигнала ничего не даёт», — отмечает Ярон Зильберберг. Пространственные световые модуляторы (ПСМ), разработанные им с коллегами, способны менять фазу входящей световой волны. То же самое и с рассеивающими свет материалами: энергия света до полупрозрачной плёнки и после может быть очень близка, но вот фаза изменилась, и информации от этого света уже не получить.

После ПСМ скорректированный поток света выглядит очень близко к тому, что попал на рассеивающую плёнку.

ПСМ представляют собой набор пикселов, способных избирательно замедлять часть улавливаемого ими света, одновременно позволяя другой части входящего светового пучка проходить неизменённой. При этом воспроизводится процесс рассеивания, только в обратную сторону: та часть светового потока, которая не замедлилась рассеивающим свет препятствием или отражающей поверхностью, тормозится, с тем чтобы скорость различных частей светового потока уравнивалась, и на выходе из ПСМ был получен свет с характеристиками, близкими к исходным (до рассеивания).

Конечно, чёткость таких изображений не будет столь же высокой, как если бы препятствия не было или происходящее за углом находилось в прямой видимости. Однако для замены (в перспективе) УЗИ и других методов диагностирования внутренних органов этот подход может казаться весьма перспективным. Особенностью варианта, предложенного израильтянами, является то, что он не нуждается в лазерах: восстановить можно обычный световой пучок — от Солнца или искусственной лампы.

Подготовлено по материалам Института Вейцмана.