سواء كانت روبوتات تعمل في منطقة كوارث ، أو سيارات مستقلة تتجول في المدينة ، أو أقمار صناعية تتطلع إلى الفضاء ، فإن امتلاك آلات يمكنها الرؤية من خلال السحب والضباب والضباب مفيد بشكل لا يصدق – وقد يكون العلماء قد صنعوا للتو أفضل نظام حتى الآن.
يعمل النظام المطور حديثًا عبر خوارزمية تقيس حركة جسيمات الضوء الفردية أو الفوتونات ، عند إطلاقها بنبضات سريعة من الليزر ، وتستخدمها لإعادة بناء الأشياء المحجوبة أو المخفية عن العين البشرية.
ما يجعل هذه التقنية مميزة للغاية هي الطريقة التي يمكنها بها إعادة بناء الضوء الذي كان عليه مبعثر وترتد حول الحاجز في الطريق.
في التجارب ، كان مشهد الليزر قادرًا على رؤية الأشياء المخبأة خلف طبقة من الرغوة بحجم 1 بوصة.
(مختبر ستانفورد للتصوير الحسابي)
“تجعل العديد من تقنيات التصوير الصور تبدو أفضل قليلاً ، وأقل ضوضاءً قليلاً ، ولكن هذا حقًا شيء نجعل فيه غير المرئي مرئيًا ،” يقول المهندس الكهربائي جوردون ويتزستينمن جامعة ستانفورد.
“هذا حقًا يدفع حدود ما يمكن أن يكون ممكنًا مع أي نوع من أنظمة الاستشعار. إنه مثل الرؤية الخارقة.”
عندما يمر ضوء الليزر عبر الحاجز – الرغوة ، في هذه الدراسة – فقط عدد قليل من الفوتونات تصطدم بالجسم الموجود خلفها ، وعدد أقل من ذلك يعود مرة أخرى. ومع ذلك ، فإن الخوارزمية ذكية بما يكفي لاستخدام تلك الأجزاء الصغيرة من المعلومات لإعادة بناء الكائن المخفي.
رسميًا ، يُعرف باسم التصوير المقطعي المنتشر المتحد البؤر ، وعلى الرغم من أنه ليس الطريقة الأولى للبحث عبر حواجز مثل هذه ، إلا أنه يقدم العديد من التحسينات – يمكن أن يعمل دون معرفة مدى بُعد الكائن المخفي ، على سبيل المثال.
النظام قادر أيضًا على العمل دون الاعتماد على الفوتونات الباليستية ، كما تفعل الطرق الأخرى – فهذه الفوتونات قادرة على الانتقال من وإلى الكائن المخفي عبر مجال نثر ، ولكن دون تشويه نفسها.
“كنا مهتمين بأن نكون قادرين على التصوير من خلال تبعثر الوسائط دون هذه الافتراضات وجمع كل الفوتونات التي تبعثرت لإعادة بناء الصورة ،” يقول المهندس الكهربائي ديفيد ليندلمن جامعة ستانفورد.
“هذا يجعل نظامنا مفيدًا بشكل خاص للتطبيقات واسعة النطاق ، حيث سيكون هناك عدد قليل جدًا من الفوتونات البالستية.”
التطبيقات واسعة النطاق مثل التنقل في سيارة ذاتية القيادة في ظل هطول أمطار غزيرة ، على سبيل المثال ، أو حتى التقاط صور لسطح الأرض (أو الكواكب الأخرى) من خلال الضباب السحابي – هناك الكثير من الاستخدامات المحتملة هنا. يحرص الباحثون على الاستمرار في تجربة المزيد من السيناريوهات والمزيد من البيئات المتناثرة.
الأنظمة الحالية ليست جيدة بشكل خاص في التعامل مع تشتت الضوء الناجم عن الضباب والضباب.
على سبيل المثال ، فإن LiDAR بارع في اكتشاف الأشياء التي لا تستطيع العين البشرية رؤيتها ، ولكنها تبدأ في مواجهة المشاكل عندما يتداخل المطر أو الضباب مع عمليات المسح بالليزر التفصيلية. علاوة على ذلك ، يمكن لهذا النظام حل هذه المشكلة.
قبل أن نتقدم على أنفسنا ، تجدر الإشارة إلى أن عمليات الفحص باستخدام هذه الطريقة يمكن أن تستغرق من دقيقة إلى ساعة ، لذلك هناك الكثير من التحسينات التي يجب العمل عليها حتى الآن.
ومع ذلك ، فإن إعادة إنشاء كائن مخفي في ثلاثة أبعاد لا تستطيع العين البشرية رؤيتها يعد إنجازًا رائعًا للغاية.
“نحن متحمسون للمضي قدمًا في هذا الأمر باستخدام أنواع أخرى من هندسة التشتت ،” يقول ليندل.
“لذلك ، ليس فقط الأشياء المخبأة خلف لوح سميك من المواد ولكن الأشياء المضمنة في مادة متناثرة بكثافة ، والتي قد تكون مثل رؤية جسم محاط بالضباب.”
تم نشر البحث في اتصالات الطبيعة.
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”