Co je za nejbližším rohem? Za běžných okolností, pokud není na vhodném místě velká zrcadlící plocha, v níž vidíme obraz jinak skrytých věcí, pro odpověď na tuto otázku si musíme za ten roh zajít. Voják to v reálné akci již tak jednoduché nemá, ale i v jiných situacích, například při průzkumu těžko přístupných nebo nebezpečných místm, by možnost mít přehled o tom, co je sice blízko, ale mimo dohled, byla k nezaplacení. Je několik možností, jak problém řešit. Každá má své výhody i nevýhody. Nápomocný by mohl být třeba létající, na dálku ovladatelný robot vybavený kamerou a vysílačkou pro bezdrátový přenos snímaného obrazu.

Další řešení nyní nabízejí vědci ze známého MITu (Massachusetts Institute of Technology) - Massachusettském technickém ústavu v americkém Cambridge. Vytvořili systém CORNAR – kombinaci speciální kamery s laserem, jimž zamíří na zeď v dohledu, která stojí naproti prostoru, do něhož není vidět, a vyšlou extrémně krátký, femtosekundy (femto = 10^-15) trvající světelný záblesk. Video pod článkem situaci názorně dokumentuje. Speciální kamera pak registruje světlo odražené od této protilehlé zdi na předměty skryté za rohem, od nich pak zpátky na zeď a do objektivu. Mnohonásobnými odrazy a rozptylem se intenzita zpět přicházejícího světla velmi sníží. Navíc ultrakrátkým laserovým pulzem vyslané fotony, kterým se podaří se „vrátit“, nepřicházejí současně. Různá délka jejich drah způsobí nepatrné časové rozdíly jejich příchodů. A právě v nich jsou zašifrovány tvary předmětů skrytých za rohem. Neposkytují sice obraz barevný a do detailů přesný, stále je ale lepší než nic.

Je to vlastně využití světelné ozvěny, připomíná Ramesh Raskar z MITu, který šéfuje výzkumné skupině se zajímavým zaměření práce „na tvorbu nástrojů pro lepší zachytávání a sdílení vizuálních informací“. Jejím cílem je „vývoj zcela nové třídy zobrazovacích platforem rozumějícím světu, který daleko přesahuje lidské schopnosti (vnímání) a tvorba smysluplných a pro lidi dobře srozumitelných abstrakcí“. Vědci Raskarova týmu popsali svůj za roh nahlížecí přístroj CORNAR v nejnovějším čísle časopisu Nature Communications.

Na rozdíl od běžné kamery, která může vidět pouze objekty v jejím přímém dohledu a která se snaží potlačit vliv světelných odrazů tím, že upřednostňuje fotony, jež do objektivu od snímaných předmětů dorazí jako první, nová kamera se zaměřuje právě na to rozptýlené, velmi slabé světlo přicházející v delším časovém úseku. Proto musí dokázat zaregistrovat právě ty zmíněné nepatrné rozdíly v době návratu jednotlivých fotonů. Z nich pak tvar předmětů za zdí zrekonstruuje počítačový program, jehož autorem je bývalý Raskarův doktorand Andreas Velten.

Ultrarychlá kamera CORNARu dokáže snímat přicházející světlo s frekvencí 2 pikosekundy, tedy 2 biliontiny sekundy. Za tento, pro nás nerozlišitelně krátký okamžik světlo proletí pouhých 0,6 mm, což představuje limit hloubkového rozlišení tvarů.

Důležitým technickým úkolem bylo vydolování informace z fotonů, které, i když se odrazily od různých bodů skrytého objektu, proletěly stejnou vzdálenost. Když do kamery dorazily nejen ve stejném čase, ale shodou náhod i do stejného místa, byly nerozlišitelné. Veltenův rekonstrukční počítačový algoritmus proto pro kvalitní analýzu potřebuje snímky získané z různých pozic laseru. Program je navzájem porovná a vytvoří co nejpřesnější odhad tvaru i umístění skrytého předmětu. Matematické postupy jsou podobné těm, které se využívají při počítačové tomografii.

V současnosti celý proces zpracování záznamu trvá několik minut, vědci se ale budou snažit tuto dobu postupně zkracovat a doufají, že ji stlačí pod 10 sekund.

VIDEO: Vědci Raskarova tymu Media Labu dokáží relativně přesně odhalit, co se ukrývá za rohem. Jak jejich systém CORNER funguje? Kredit: MIT /Media Lab

Podobné video z redakce čsopisu NATURE

Zdroj: Nature News