Zde je rozpis toho, jak funguje zobrazování NLOS a jak byste mohli potenciálně vytvořit zjednodušenou verzi (i když skutečný systém s vysokým rozlišením vyžaduje sofistikované vybavení mimo dosah většiny fandy):
Jak funguje zobrazování mimo linii (NLOS):
1. osvětlení: Světelný zdroj (obvykle laser) je zářil na difuzně odrážející povrch (jako stěna nebo obrazovka).
2. rozptyl: Světlo rozptyluje tento povrch. Některé z tohoto rozptýleného světla dosáhnou skrytého objektu.
3. více rozptylu: Světlo se odrazí od skrytého objektu a znovu se rozptyluje z viditelného povrchu.
4. detekce: Vysoce citlivý detektor (obvykle jednofotonové lavinové diody (SPAD) nebo podobný časově rozlišený senzor) zachycuje slabé světlo, které se nakonec vrací z viditelného povrchu.
5. výpočet: Klíčem je, že * čas letu * fotonů (čas potřebného pro cestování z laseru do skrytého objektu a zpět do detektoru) se měří s extrémně vysokou přesností. Analýzou těchto měření času letu a poznáním geometrie nastavení mohou algoritmy rekonstruovat tvar a umístění skrytého objektu. Zde přichází část „ohýbání“ mysli - informace o skrytém objektu jsou kódovány v jemných variacích v době příchodu rozptýlených fotonů.
Zjednodušená demonstrace (jedná se spíše o důkaz konceptu než skutečný zobrazovací systém NLOS):
Tato zjednodušená verze používá dostupnější technologii a zaměřuje se spíše na pochopení principů než na dosažení zobrazování s vysokým rozlišením. Je to spíše demonstrace hledání rozsahu.
komponenty:
* pulzní laserová dioda: Laser s krátkým pulsem (např. Laserová dioda se šířkou pulsu několika nanosekund). Bezpečnost je * Paramount * při práci s lasery. Použijte vhodnou ochranu očí navrženou pro specifickou vlnovou délku laseru. Nižší výkon je obecně bezpečnější.
* Fast Photodiode nebo PhotoMultiplier trubice (PMT): Senzor, který dokáže rychle detekovat světelné pulzy. Fotodiody jsou dostupnější, ale PMT jsou citlivější. Pro zobrazení výstupu je nutný rychlý osciloskop.
* Oscilloscope: Rychlý osciloskop (šířka pásma v rozsahu GHz) pro vizualizaci času letu laserových pulzů.
* difuzně odrážející povrch: Bílá stěna nebo obrazovka vyrobená z matného bílého materiálu.
* skrytý objekt: Jednoduchý, dobře definovaný objekt s reflexním povrchem (např. Zrcadlo).
* kolimační čočka: Zaostření laserového paprsku.
* Dark Room: Minimalizujte okolní světlo pro lepší výsledky.
* napájecí zdroje: Pro laser a detektor.
* konektory a kabely: Kabely BNC se běžně používají pro připojení senzoru a laseru k osciloskopu.
Experimentální nastavení:
1. rozvržení: Nastavte difuzně odrážející povrch (zeď/obrazovka). Umístěte skrytý objekt za bariéru, takže není přímo viditelný z laseru a detektoru.
2. laserové zarovnání: Zaměřte pulzní laser na difuzně odrážející povrch. Upravte laserový paprsek tak, aby rozptýlené světlo mohlo dosáhnout skrytého objektu.
3. umístění detektoru: Umístěte fotodiodu (nebo PMT) k zachycení rozptýleného světla přicházejícího z difuzně odrážejícího povrchu. Mělo by být umístěno tak, aby přijímalo světlo, které * se * odrazilo od skrytého objektu.
4. Připojte se k osciloskopu: Připojte výstup laserového spouště (pokud je k dispozici) a výstup fotodiody k osciloskopu.
5. Zapnutí: Zapněte laser a detektor.
Postup:
1. měření pozadí: Se skrytým objektem na místě zaznamenejte signál na osciloskopu. Toto bude „signál“ obsahující odrazy ze zdi * a * potenciálně ze skrytého objektu. Uvidíte hlavně velký vrchol odpovídající přímému odrazu z viditelného povrchu.
2. měření základní linie: Úplně odstranit skrytý objekt. Znovu zaznamenejte signál na osciloskopu. Toto je základní signál - odraz ze stěny bez jakéhokoli příspěvku skrytého objektu.
3. analýza: Porovnejte dva signály. Hledejte * velmi mírné * zvýšení zpoždění času v záznamu „signál“ (se skrytým objektem). Toto zpoždění, i když velmi malé, představuje zvláštní vzdálenost, kterou světlo cestovalo ke skrytému předmětu a zpět. Na ocasu hlavního pulsu se objeví jako mírné „rameno“ nebo zkreslení. Čím menší je objekt a čím dále je, tím těžší bude detekovat. Změna signálu bude pravděpodobně velmi jemná.
4. výpočty: Pomocí rychlosti světla a měřeného časového rozdílu (z osciloskopu) můžete vypočítat další cestu. Znáte vzdálenost od laseru k viditelnému povrchu můžete odhadnout vzdálenost od skrytého objektu.
5. skenování: Chcete -li vytvořit základní „obrázek“, můžete systematicky přesunout laserový bod na zdi (naskenujte povrch) a zaznamenáte čas letu v každém bodě. To by vám umožnilo vytvořit bodový cloud. Tento proces by byl časově náročný a poskytoval pouze velmi nízké rozlišení.
Výzvy a omezení:
* Slabý signál: Rozptýlené světlo je velmi slabé, což ztěžuje detekci. Potřebujete vysoce citlivý detektor a prostředí s nízkým šumem.
* přesnost časování: Extrémně přesné načasování je nezbytné. Osciloskop s vysokou šířkou šířky je zásadní.
* Složitost rozptylu: Proces rozptylu je složitý a je obtížné jej přesně modelovat.
* výpočetní výkon: Rekonstrukce úplného obrazu vyžaduje významné výpočetní zdroje a pokročilé algoritmy.
* aplikace v reálném světě: Toto zjednodušené nastavení pravděpodobně nebude užitečné pro praktické aplikace v reálném světě.
Jděte dále (pro pokročilé fandy a výzkumníky):
* pole SPAD: Pole s jedním fotononem lavina (SPAD) jsou standardem pro zobrazování NLOS. Jsou to drahé, ale umožňují mnohem lepší poměr signál-šum a rychlejší získávání.
* Pokročilé algoritmy: Prozkoumejte algoritmy, jako je zpětná projekce, dekonvoluce a filtrovaná zpětná projekce používaná při zobrazování NLOS. Knihovny jako OpenCV mohou být užitečné.
* simulace: Pomocí softwaru pro sledování paprsků simuluje proces rozptylu světla a optimalizujte nastavení.
* Strukturované osvětlení: Místo jednoduchého bodového laseru zvažte použití strukturovaných vzorců osvětlení ke zlepšení rekonstrukce.
Bezpečnostní opatření:
* laserová bezpečnost: * Vždy* Noste vhodné brýle laserových bezpečnostních brýlí, které jsou hodnoceny pro specifickou vlnovou délku vašeho laseru. Nikdy se nedívejte přímo do laserového paprsku nebo jeho odrazů.
* vysoké napětí: Pokud používáte PMT, vyžaduje vysokopěťové napájení. Při práci s vysokým napětím buďte velmi opatrní. Před zapnutím napájení zkontrolujte všechna připojení.
Důležité úvahy:
* Neočekávejte, že vytvoří zařízení „See-Through-Walls“. “ Toto zjednodušené nastavení je pro vzdělávací účely a pro demonstraci principů zobrazování NLOS.
* Toto je náročný projekt. Vyžaduje trpělivost, technické dovednosti a přístup ke specializovanému vybavení.
* začněte malé a nahromaďte. Zaměřte se na pochopení základních principů před pokusem o složitější experimenty.
Závěrem lze říci, že zatímco „ohýbající se čočka, která může vidět za objekty“, je příliš zjednodušením, principy zobrazování, které nejsou provizi, jsou fascinující a nabízejí pohled do možností manipulace s světlem, aby odhalily skryté informace. Tento projekt, dokonce i ve zjednodušené podobě, může poskytnout cenné zkušenosti s učením v optice, elektronice a zpracování signálu. Nezapomeňte upřednostňovat bezpečnost a přistupovat k tomuto projektu s realistickými očekáváními.