Sofistikert kamera ser rundt hjørner

Amerikanske forskere har utviklet en ny metode som kan ta 3D-bilder av skjulte objekter.

Publisert
Teknologien består av et kamera, en laser og en dataalgoritme. Laseren (venstre hjørne) skyter lys inn mot en vegg (ytterst til høyre), som reflekterer og sprer lyset, som dermed treffer det skjulte objektet (tremannen). Gjenstandens overflater reflekterer lyset , og noe når tilbake til kameraet (linsen til venstre). Gjenstandens 3D-struktur konstrueres utfra forskjellene i ankomsttid. (Foto: Ramesh Raskar)
Teknologien består av et kamera, en laser og en dataalgoritme. Laseren (venstre hjørne) skyter lys inn mot en vegg (ytterst til høyre), som reflekterer og sprer lyset, som dermed treffer det skjulte objektet (tremannen). Gjenstandens overflater reflekterer lyset , og noe når tilbake til kameraet (linsen til venstre). Gjenstandens 3D-struktur konstrueres utfra forskjellene i ankomsttid. (Foto: Ramesh Raskar)

Fakta:

Laseren skyter ut pulser med en frekvens på 75 hertz og en bølgelengde på 795 nanometer. Hver puls varer 50 femtosekunder.

Kameraet bestemmer ankomsttiden med en nøyaktighet på 2 picosekunder. I løpet av 100 millisekunder samler kameraet målinger fra 7,5 millioner laserpulser.

Laserpulsen kan treffe 60 forskjellige punkter på veggen, slik at lyset danner forskjellige spredningsmønstre.

Amerikanske forskere har utviklet et kamera som ved bruk av en laser kan ta knivskarpe bilder av objekter som gjemmer seg bak vegger og forhindringer.

Teknologien er utviklet av forskere fra Massachusetts Institute of Technology (MIT) og er presentert i tidsskriftet Nature Communications.

Lederen av prosjektet, Ramesh Raskar, gir en innføring i teknologien i en video på nettstedet Ted.com.

Raskar forklarer at alle fotografier er skapt ved å fange inn lys. I dette tilfellet produseres lyset av en titanium-safir-laser. Laseren sender ut lyspulser som varer i 50 femtosekunder – 0,00000000005 sekund.

Lyspulser rettes mot en vegg som befinner seg bak de objektene man vil ta bilde av. Veggen fungerer som et speil.

MIT har produsert denne videoen som demonstrerer hvordan teknikken virker.

Lyset treffer skjulte gjenstandene og reflekteres tilbake. De enkelte lyspulsene vil bli reflektert ulikt alt etter hva de treffer.

Ankomsttiden avgjør

Kameraet vet nøyaktig når de ulike pulsene er sendt ut, og holder styr på når refleksjonene når tilbake. Dermed skaffer det seg en masse informasjon om de skjulte objektene.

Noen ankommer tidlig, mens andre ankommer marginalt senere, og det er denne tidsforskjellen som er nøkkelen. Kameraets posisjon endres 60 ganger – for å få mange forskjellige perspektiver på det skjulte objektet.

– En dataalgoritme som bruker opplysningene om tidsforskyving til å konstruere et bilde av de skjulte objektene, sier Raskar. 

MIT har produsert denne videoen som demonstrerer hvordan teknologien virker.

Store muligheter

Ved DTU Fotonik i Danmark arbeider forskere med lignende teknologier, og førsteamanuensis Peter Uhd Jepsen ser store muligheter.

– Den nye teknikken gir et 3D-bilde av et skjult objekt. Et vanlig kamera gir et 2D-bilde av objekt som må være fritt tilgjengelige. Dette er en vesentlig forskjell og kan for eksempel brukes i forbindelse med kvalitetssikring i industrien, hvor man av forskjellige årsaker ikke kan berøre den gjenstanden som skal undersøkes, skriver Jepsen i en e-post.

Han mener også det er interessant med 3D-vinkelen fordi kameraet forteller hvilken plassering objektet har i rommet. Et vanlig kamera kan ikke se forskjell på et stort objekt som er langt unna, og et lite objekt tett på.

– Det er denne effekten man bruker til å lage artige bilder av folk som støtter det skjeve tårnet i Pisa, skriver han.

Nyttig for forsvaret

Peter Uhd Jepsen spår at teknikken vil ha en framtid i det militæret og hos politiet. Han mener teknologien kan brukes i felten, for eksempel til å se rundt hjørner uten å bli oppdaget selv.

– Teknologien krever fortsatt indirekte sikt, i form av en vegg som kan reflektere lyset. Man kan si at de bruker veggen som et speil, poengterer han.

En annen ulempe er at teknologien fortsatt er ganske omstendelig å bruke, men han tror det problemet vil bli løst i takt med at den kommersielle interessen setter inn.

Dansk prosjekt skal granske kunstgjenstander

Peter Uhd Jepsen gjør oppmerksom på at det allerede finnes teknologi som fungerer noenlunde på samme måte. Dette kalles Optical Coherence Tomography eller OCT. Det brukes av leger for å undersøke den indre strukturen i øyets netthinne (retina).

Denne teknikken baserer seg også på å registrere refleksjoner av en kort lyspuls. Jo senere disse måles, jo dypere lag har reflektert lyset.

– Ved DTU Fotonik arbeider vi med denne teknologien, og vi bruker en eksotisk type ultrakorte radarpulser til å se den indre 3D-strukturen i forskjellige materialer.»

– I høst starter vi et ph.d.-prosjekt i samarbeid med Nationalmuseet, hvor vi skal se inn i forskjellige kunstgjenstander og arkeologiske funn, for eksempel for å finne ut om det finnes skjulte hulrom med hemmelige objekter, eller om det finnes gamle, overmalte bilder under nåværende, synlige malerier. Den teknikken vi kommer til å bruke, kan se inn i ting uten å kreve en åpning, skriver han.

Se og hør hele presentasjonen med Ramesh Raskar:

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.