Фотокамеры научили обходиться одним фотоном на пиксель

Пример получения трехмерной моделиИллюстрация: Kirmani et.al, Science, 2013

Группа исследователей из Массачусетского технологического института разработала фотокамеру, которая способна получить качественную трехмерную модель объекта даже тогда, когда на один пиксель матрицы за время экспозиции попадает всего один фотон. Подробности со ссылкой на научную статью в Science приводит ScienceNow.

Ученые назвали свой метод first-photon imaging (построение изображений на основе первого попавшего на детектор фотона). Ключевой особенностью нового подходя является применение специального алгоритма, который при построении изображения учитывает то, что соседние пиксели обычно достаточно похожи друг на друга. Это позволяет не накапливать по несколько сотен фотонов на пиксель, а использовать информацию, полученную после регистрации первого кванта света.

Камера используется в сочетании с импульсным лазером для сканирования объекта. Благодаря высокоточному измерению времени, которое проходит от импульса до регистрации отраженных от объекта фотонов, можно получать не плоскую, а трехмерную картинку. Проведенные испытания показали, что система работает даже при посторонней засветке. В ходе опыта ученые повесили над объектом небольшую лампочку накаливания и продемонстрировали то, что такой источник света не мешает лазерной системе считывать форму объекта.

Исследователи считают, что их разработка пригодится везде, где необходимо получить объемное изображение без лишнего света. Это могут быть нежные биологические образцы или объекты, которые требуется заснять скрытно, без привлечения внимания: система, по мнению ее создателей, имеет и военный потенциал. При этом они особо подчеркнули то, что им не пришлось создавать особо чувствительную матрицу или специальные лазеры: суть разработки заключается в новых алгоритмах, которые способны работать с уже существующим оборудованием.

Прогресс в области получения изображений (в английском языке эта область носит название imaging) за последние годы можно также проиллюстрировать двумя другими примерами. Камеры, которые определяют форму предмета по задержке светового импульса (аналогично радару, только со светом) установлены в серийных игровых контроллерах Kinect второго поколения (с 2013 года), а другая группа исследователей недавно представила трехмерную камеру, способную работать с прозрачными объектами и в условиях неоднородной среды, под дождем или в тумане.