General

Створена камера, здатна робити знімки з відстані в 45 кілометрів

Фотозйомка на Землі на відстані - складназадача. Спіймати досить світла від об'єкта на великій відстані нелегко. І навіть тоді атмосфера буде вносити спотворення, здатні зіпсувати знімок; забруднення дуже заважає, особливо в містах. Тому будь-який знімок з відстані в кілька кілометрів або близько того (за умови, що камера закріплена досить високо, щоб впоратися з кривизною Землі) зробити вкрай важко.

Однак в останні роки вчені почаливикористовувати чутливі фотоприймачі, які набагато краще справляються з цим завданням. Такі детектори настільки чутливі, що можуть вловлювати окремі фотони і поєднувати їх в знімки на відстані до 10 кілометрів.

Яка гранична дальність фотокамери?

Очевидно, фізики ніколи не зупиняються надосягнутому. Днями Чжен-Пінг Лі і його колеги з Науково-технічного університету Китай в Шанхаї показали, як фотографувати об'єкти на відстані до 45 кілометрів на укритою смогом міському середовищі. Їх метод використовує детектори окремих фотонів в поєднанні з унікальним обчислювальним алгоритмом, який дозволяє отримувати зображення надвисокої роздільної здатності, об'єднуючи розсіяні точки даних.

Нова техніка відносно проста в принципі. Вона заснована на методі лидаров - LIDAR (Light Identification Detection and Ranging): «виявлення, ідентифікація і визначення дальності за допомогою світла» - підсвічує об'єкт лазерним світлом і потім створює зображення з відбитого світла.

Велика перевага такого роду активноївізуалізації полягає в тому, що відбиті від об'єкта фотони повертаються в детектор протягом певного тимчасового вікна, яке залежить від відстані. Тому будь-які фотони, які прибувають за межами цього вікна, можна ігнорувати.

Такого роду фільтр радикально зменшує шум,який створюється небажаними фотонами з навколишнього середовища. І це дозволяє лідарного системам бути дуже чутливими і орієнтованими на відстань.

Щоб нова система працювала ще краще вміському середовищі, Чжен-Пінг і його колеги використовували інфрачервоний лазер з довжиною хвилі 1550 нанометрів, частотою повторення 100 кілогерц і помірною потужністю в 120 милливатт. Ця довжина хвилі робить систему безпечної для очей і дозволяє команді фільтрувати сонячні фотони, які в іншому випадку могли б перевантажити детектор.

Дослідники відправляють і отримують ці фотони здопомогою одного оптичного приладу - звичайного астрономічного телескопа з лінзою 280 мм. Відображені фотони потім реєструються комерційним детектором одиночних фотонів. Щоб створити знімок, вчені сканують поле огляду, використовуючи пьезоуправляемое дзеркало, яке може повертатися вгору, вниз, вправо і вліво.

Таким чином, вони можуть створювати двомірнізображення. Але завдяки контролю часу надходження фотонів вони можуть вловлювати фотони, відображені з різних відстаней, для створення тривимірного зображення.

Останнє досягнення, яке вдалося здійснитикоманді, це розробити алгоритм, який збирає зображення воєдино, використовуючи однофотонні дані. Такого роду обчислювальна візуалізація пройшла величезну дорогу за останні роки, дозволивши вченим створювати знімки з відносно невеликих наборів даних.

Результати говорять самі за себе. Команда встановила нову камеру на 20-му поверсі будівлі на острові Чонгмінг в Шанхаї і направила його на будівлю цивільної авіації Пудун через річку, в 45 кілометрах.

Звичайні зображення, отримані через телескоп,не показують нічого, крім шуму. Але нова техніка дозволяє отримувати зображення з просторовим дозволом в 60 см, на яких можна розібрати вікна будівлі. «Цей результат демонструє чудову здатність LiDAR-системи одиночних фотонів ближнього інфрачервоного спектра розрізняти цілі через смог», кажуть вчені.

Варто мати на увазі, що основне застосуваннятакої системи буде в області спостереження, розпізнавання та ідентифікації цілей. Крім усього, пристрій за розмірами не більше коробки взуття, щодо портативне.

Обговорити інші можливі застосування такої гострозорою камери можна в нашому чаті в Телеграма.