Заглядываем за угол с помощью фотонов

DARPA инициировало программу по исследованию возможностей считывания переносимой фотонами информации 5 Июнь 2015, 14:29

Обычные средства формирования изображения сегодня в целом ограничиваются лишь измерением интенсивности света, обеспечивая двухмерную визуализацию 3D-сцен и игнорируя значительное количества дополнительной информации, которая может переноситься светом. Например, многие фотоны перемещаются по сложным траекториям, что объясняется многочисленными столкновениями с другими частицами перед регистрацией оптическим сенсором — по сути, это процесс получения фотоном информации об окружающей его среде. Помимо этого у светового излучения есть и другие характеристики, включающие изменения в скорости распространения, поляризации и спектральном составе, а также свойства, относящиеся к волновой природе света (когерентность, дифракция и интерференция) — все это потенциальные механизмы, с помощью которых свет может переносить информацию. И на сегодняшний день многое из того, что хранит в себе световое излучение и фотон, в частности, остается нераскрытым.

REVEAL — Revolutionary Enhancement of Visibility by Exploiting Active Light-fields («революционное улучшение видимости с помощью активных световых полей») — новая программа DARPA, в рамках которой Агентство планирует научиться извлекать информацию из фотонов. Сегодня такие данные не обрабатываются системами формирования изображений и DARPA собирается разработать всеобъемлющие теоретические основы для получения максимальной информации в процессе обработки сложных сцен, используя для этого все траектории фотонов, входящих в захваченный световой поток, а также анализируя все характеристики светового излучения. Одна из целей REVEAL — инициировать развитие новых аппаратных и программных систем формирования изображения. Кроме того, в ходе реализации программы будет проверена сама разработанная концепция и функциональность новых технологических разработок посредством воссоздания полной трехмерной сцены по информации, собранной из одной «точки наблюдения» — современным методам для достижения тех же целей требуются многочисленные точки.

«На сегодняшний день имеется лишь несколько ограниченных исследований, в ходе который ученые попытались использовать некоторые из характеристик света, но REVEAL нацелена на революционный скачок в направлении одновременного обращения ко всем таким характеристикам, — рассказывает руководитель программы Предраг Милойкович (Predrag Milojkovic). — На самом деле, мы хотим использовать математические методы для того, чтобы «выжать» из фотонов побольше информации о том, где они были и что видели».

Возможность интерпретировать информацию, которую свет переносит пусть и в искаженной форме, могла бы улучшить ситуационную осведомленность вооруженных сил. В перспективе — воссоздать из одной удобной для наблюдателя точки сложную трехмерную сцену, включающую объекты или людей, находящихся вне зоны прямой видимости.

Помимо обнаружения скрытых угроз революционные разработки, использующие свойства света, помогут определить состав неизвестных материалов и других свойства объектов на безопасной дистанции, избегая потенциальной опасности, связанной с непосредственной близостью и необходимостью физической проверки.

В первом случае тактические группы смогут обнаруживать противника, скрывающегося за бетонными стенами, во втором — идентифицировать на больших расстояниях радиоактивные, биологические, химические угрозы и замаскированные цели.

«В конце концов, сбор всей имеющейся информации о трехмерной сцене поможет сгенерировать изображение из любой виртуальной точки наблюдения и сделает реальностью возможность «сквозного пролета» через трехмерную сцену, не меняя положения самого наблюдателя в пространстве», — рассказал Милойкович.