Ny billedbehandlingsmetode afslører skjulte objekter

En ny måde at afbilde skjulte genstande på, udviklet af en forsker ved National Institute of Standards and Technology (NIST) og hans kolleger, kan måske tage al det sjove ud af gemmeleg, men kan også hjælpe med at redde liv.

Billeddannelse af scener, der ligger uden for en observatørs direkte synslinje, kunne i høj grad forbedre eftersøgnings- og redningsmissioner, såsom at finde et tabt barn i en forladt fabrik, samt militær- og politiovervågningsoperationer, såsom at afsløre en skjult terrorist eller fjendes højborg. Evnen til at se rundt om hjørner og rekonstruere et fuldt billede af en skjult genstand eller forhindring i realtid kunne også en dag forbedre robotsynet og sikkerheden og nøjagtigheden af ​​selvkørende biler. (På nuværende tidspunkt kan prototypemetoden ikke skabe et billede med det samme.)

De fleste konventionelle metoder, der bruges til at afbilde objekter bag en forhindring, bruger en ekstern lyskilde - for eksempel ultrakorte pulser af synligt eller infrarødt laserlys. Lyskilden oplyser i første omgang en væg, der spreder lyset ind i det skjulte område. Når lyset rammer en skjult genstand, spreder objektet noget af lyset tilbage til væggen, hvor det kan registreres.

Det er imidlertid en udfordring at afbilde skjulte objekter ved kun at bruge synligt og infrarødt lys. Ved de relativt korte bølgelængder præsenterer en typisk væg – uanset hvor glat den er ved den menneskelige berøring – sig selv som en ru overflade og spreder indkommende lys i alle retninger. Det afslører derfor mindre information om objekter end lys, der reflekteres fra en glat eller spejlet overflade, og det kræver sofistikerede algoritmer og betydelig regnetid for at skabe selv et halvskarpt billede. Derudover kunne belysningen tippe modstandere om, at de er under overvågning.

Andre metoder, som ikke kræver en lyskilde, analyserer skygger kastet af en skjult genstand på en væg eller detekterer den varme (infrarød stråling), der naturligt udsendes af den skjulte krop og spredt spredt ud i synet. Men disse tilgange kræver også omfattende databehandlingstid og analyse. "En god algoritme og masser af computerkraft kan muligvis udtrække et billede, men ikke et særlig godt," sagde NIST-fysiker Erich Grossman.

Grossman og hans kolleger baserede deres nye tilgang på at detektere de små mængder af meget længere bølgelængdestråling - "submillimeter"-området af lysspektret, der ligger lige uden for mikrobølgestråling, og som mennesker og genstande også naturligt udsender. Ved disse lange, usynlige bølgelængder, der spænder fra 300 mikrometer op til 1 millimeter, virker vægge lavet af en række forskellige materialer relativt glatte og fungerer som delvise spejle, der reflekterer snarere end diffust at sprede stråling fra et skjult objekt.

For at skabe et billede skal den reflekterede stråling rettes og fokuseres. I modsætning til synligt lys kan submillimeterstråling ikke styres af glaslinser. I stedet stolede Grossman og hans kolleger på buede spejle til at fokusere det usynlige lys.

Ved at eksperimentere med deres prototype demonstrerede Grossman og hans samarbejdspartnere ved University of Minnesota Twin Cities i Minneapolis, at de kunne konstruere billeder af objekter gemt bag vægge på omkring 20 minutter.

Prototypeteknikken anvender state-of-the-art indium phosphid transistorer, som forstærker submillimeter stråling med lidt støj over en bred vifte af bølgelængder. Metoden kræver ikke komplekse algoritmer eller intensiv computeranalyse. "Det, der er cool ved denne metode, er dens enkelhed," sagde Grossman. "Der er ingen kvantemekanik, ingen relativitet, der er intet kryogent eller noget fancy - bare transistorer og en grundlæggende computer og spejle," tilføjede han. Hele apparatet er lille nok til at passe i en rygsæk.

Med NIST-faciliteter lukket under toppen af ​​COVID-19-pandemien, brugte Grossman sit eget hjem - og konverterede soveværelset til sin datter, som var rejst på college, til et midlertidigt laboratorium. Grossman selv var liget gemt bag en mur.

Han testede vægge lavet af en række almindelige indendørs byggematerialer for at bestemme, hvilke der reflekterede nok submillimeterstråling til at danne et billede, herunder våde og tørre vægplader, krydsfiner, træpaneler, umalet cinderblock og køkkenfliser af sten. Vægge, der reflekterede mindst 5 % af submillimeterstrålingen, var bedst til at producere billeder af skjulte kroppe. Disse omfattede tørvægplader, træpaneler, vinylgulve, krydsfiner, køkkenfliser i sten og fiberplader med middel tæthed.

Med et større udvalg af detektorer og transistorer sagde Grossman, at metoden skulle være i stand til at afbilde skjulte objekter i realtid. + Udforsk yderligere

Forskere udfører ikke-line-of-sight spøgelsesbilleder med menneskesyn