Un team di ricercatori della Northwestern University ha inventato una nuova fotocamera ad alta risoluzione in grado di vedere dietro gli angoli e attraverso mezzi di diffusione, che possono essere qualsiasi cosa, dalla pelle alla nebbia.
La ricerca è stata pubblicata il 18 novembre sulla rivista Nature Communications .
Il nuovo metodo è chiamato olografia sintetica della lunghezza d’onda e diffonde indirettamente la luce coerente su oggetti nascosti. La luce coerente quindi si disperde di nuovo prima di tornare a una fotocamera.
Il passo successivo è che un algoritmo ricostruisca il segnale di luce diffusa per rivelare gli oggetti nascosti. Questo nuovo metodo potrebbe anche visualizzare oggetti in rapido movimento, come il cuore che batte attraverso il petto, grazie alla sua elevata risoluzione temporale.
Imaging senza linea di vista
C’è un nome per questo campo di ricerca relativamente nuovo che coinvolge oggetti di imaging dietro supporti sparsi: imaging senza linea di vista (NLoS). Il nuovo metodo sviluppato dal team di ricerca è in grado di catturare rapidamente immagini a tutto campo di vaste aree, e lo fa con estrema precisione e accuratezza.
Dato l’alto livello di risoluzione, c’è la possibilità per la fotocamera computazionale di riprendere attraverso la pelle i minuscoli capillari visibili.
Ci sono molte potenziali applicazioni per questa tecnologia, inclusa l’imaging medico non invasivo. Potrebbe anche essere utilizzato per sistemi di navigazione di preallarme per automobili e ispezioni industriali in spazi ristretti.
Florian Willomitzer è il primo autore della ricerca.
“La nostra tecnologia introdurrà una nuova ondata di capacità di imaging”, ha affermato Willomitzer. “I nostri attuali prototipi di sensori utilizzano luce visibile o infrarossa, ma il principio è universale e potrebbe essere esteso ad altre lunghezze d’onda. Ad esempio, lo stesso metodo potrebbe essere applicato alle onde radio per l’esplorazione dello spazio o l’imaging acustico subacqueo. Può essere applicato su molte aree e abbiamo solo scalfito la superficie”.
Secondo Willomitzer, le immagini dietro un angolo e un organo all’interno del corpo umano sono in realtà abbastanza simili.
“Se hai mai provato a far brillare una torcia attraverso la tua mano, allora hai sperimentato questo fenomeno”, ha detto Willomitzer. “Vedi un punto luminoso sull’altro lato della tua mano, ma, in teoria, dovrebbe esserci un’ombra proiettata dalle tue ossa, che rivela la struttura delle ossa. Invece, la luce che attraversa le ossa viene dispersa all’interno del tessuto in tutte le direzioni, sfocando completamente l’immagine dell’ombra”.
Intercettare la luce diffusa
Intercettando la luce diffusa, è possibile ricostruire le informazioni inerenti al suo tempo di viaggio per rivelare l’oggetto nascosto.
“Niente è più veloce della velocità della luce, quindi se vuoi misurare il tempo di viaggio della luce con alta precisione, allora hai bisogno di rivelatori estremamente veloci”, ha detto Willomitzer. “Tali rilevatori possono essere terribilmente costosi.”
Per superare questa sfida, il team ha unito le onde luminose di due laser per generare un’onda luminosa sintetica che può essere specificamente adattata all’imaging olografico in diversi scenari di diffusione.
“Se riesci a catturare l’intero campo luminoso di un oggetto in un ologramma, allora puoi ricostruire la forma tridimensionale dell’oggetto nella sua interezza”, ha detto Willomitzer. “Facciamo questa immagine olografica dietro un angolo o tramite diffusori, con onde sintetiche invece delle normali onde luminose”.
Dato che la luce viaggia in percorsi rettilinei, il nuovo dispositivo richiede una barriera opaca per vedere dietro gli angoli. La luce viene emessa dall’unità sensore prima di rimbalzare sulla barriera e colpire l’oggetto dietro l’angolo. Quindi rimbalza sulla barriera e torna nel rilevatore dell’unità sensore.
“È come se potessimo installare una telecamera computazionale virtuale su ogni superficie remota per vedere il mondo dalla prospettiva della superficie”, ha detto Willomitzer.
Tutto ciò significa che la nuova tecnologia potrebbe sostituire o integrare gli endoscopi per l’imaging medico e industriale. Grazie al suo utilizzo, non sono più necessarie telecamere flessibili per girare gli angoli e muoversi in spazi ristretti. Invece, l’olografia sintetica della lunghezza d’onda potrebbe usare la luce per vedere dietro questi angoli.
