Camera nhìn vòng qua góc khuất

Khả năng nhìn vòng qua góc khuất sẽ thật tuyệt – nhất là đối với cảnh sát đang săn đuổi tội phạm trong thành phố hoặc đối với người lái mô tô lái nhanh trên những con đường quê lộng gió. Mặc dù viễn cảnh như thế vẫn còn xa, nhưng các nhà nghiên cứu ở Mĩ vừa đi tới một cách nhìn vòng qua góc khuất sử dụng những xung laser cực nhanh. Kĩ thuật của họ tạo ra một ảnh 3D của cái nằm sau góc khuất bằng cách khảo sát ánh sáng phản xạ như thế nào từ các vật trong môi trường cục bộ.

Ảnh chụp bố trí thí nghiệm của đội MIT

Kĩ thuật được phát triển bởi Andreas Velten cùng các đồng sự tại Viện Công nghệ Massachusetts. Họ giấu một hình nhân cao chừng 20 cm khỏi tầm nhìn của camera bằng cách đặt nó phía sau một tường chắn mờ đục mà họ gọi là bít lỗ (xem hình). Một tường chắn thứ hai – gọi là tường khuếch tán – đặt vuông góc với bít lỗ và cách đầu bít lỗ một khoảng nhỏ. Ánh sáng truyền từ hình nhân, tán xạ khỏi tường khuếch tán và sau đó được camera thu lấy – nhưng vì ánh sáng bị tán xạ khuếch tán, nên ảnh của hình nhân không xuất hiện trên tường khuếch tán.

Trong thí nghiệm của họ, đội của Velten đặt một laser cực nhanh cạnh camera trước khi chiếu những xung 50 femto giây vào một bộ phân tách chùm tia. Một nửa xung tiếp tục đi tới máy dò quang và nửa kia tiếp tục đi tới tường khuếch tán, từ đó nó bị tán xạ và rọi sáng hình nhân. Một phần ánh sáng phản xạ từ hình nhân, tán xạ khỏi tường khuếch tán và tìm đường quay trở về camera.

Quãng đường ánh sáng truyền đi có thể tính ra từ sự chêch lệch thời gian giữa lúc xung đi tới máy dò quang và lúc ánh sáng đi tới camera. Thật vậy, dụng cụ trên là một thiết bị chuyên dụng gọi là camera sọc, nó ghi được thời gian tới của ánh sáng đến độ chính xác 2 ps, đó là thời gian để ánh sáng truyền đi khoảng 0,6 mm. Camera trên còn ghi được cường độ của ánh sáng là một hàm của vị trí theo một hướng nhất định.

Ảnh 2D của hình nhân do hệ thống MIT chụp lại

Để dựng nên ảnh 3D của hình nhân, vị trí tại đó xung laser lần đầu tiên chạm tới tường khuếch tán được thay đổi một cách có hệ thống và 60 ảnh là cần thiết, mỗi ảnh ở một vị trí khác nhau. Cuối cùng, người ta dùng một thuật toán máy tính để xây dựng lại hình ảnh, nó có thể là ảnh 2D hoặc cùng với thông tin chiều sâu để mang lại ảnh 3D. Theo Velten, các thuật toán này có thể dễ dàng triển khai trên một máy vi tính cá nhân.

Do camera chỉ thu ánh sáng trên những khoảng thời gian 2 ps, nên mọi tín hiệu nền nhiễu từ ánh sáng tản lạc là nhỏ và Velten tin rằng có thể sử dụng kĩ thuật này ngay cả trong ánh sáng ban ngày mạnh.

Một ứng dụng có khả năng của công nghệ trên là phép nội soi, trong đó một camera nhỏ xíu được đưa vào trong cơ thể. Việc nhìn vòng qua những góc khuất có thể hữu ích trong việc khảo sát những cơ quan như phổi hoặc tim, nơi có những cấu trúc dạng góc khuất. Những yd khác bao gồm việc định vị những người sống sót trong một tình huống khẩn cấp và tránh va quẹt xe ở những góc đường khó quan sát.

Trong khi hệ thống sử dụng hiện nay còn kềnh càng, nhưng theo Velten, những cải tiến đang diễn ra trong công nghệ laser bán dẫn và camera sẽ sớm mang đến những hệ thống nhỏ gọn có thể triển khai ở lính chữa cháy và lĩnh vực quân sự.

Nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature Communications.

Alpha Physics – thuvienvatly.com
Nguồn: physicsworld.com