Игра света делает микроволновые изображения простыми

Метаматериалы плюс математика дают быстрые и дешёвые системы. Время не стоит на месте, поднятые руки при осмотре и сканер безопасности аэропорта могут вскоре уйти в прошлое. Новая система визуализации СВЧ предлагает быстрый и недорогой способ видеть сквозь одежду и другие предметы, которая собирает данные без привлечения сложных движущихся частей.

Новая система использует тонкую полоску меди в качестве диафрагмы, которая собирает частоту света в СВЧ диапазоне. Элегантная математика затем преобразует эти данные в изображение менее чем за секунду.

"Это, безусловно, представляет собой менее дорогую и потенциально быструю альтернативу существующим методам визуализации",- говорит технолог Кевин Келли из Университета Райс в Хьюстоне, который не принимал участия в исследовании. "Вы можете себе представить, МРТ или ПЭТ-сканер, где вместо того чтобы сидеть в технике 50 минут вы сидите в ней всего лишь пять минут".

В цифровой камере объектив фокусирует свет на массив пикселей на детекторе. "Если вы хотите миллион пикселей изображения, то вам по сути нужен миллион детекторов",- говорит Джон Хант, физик Университета Дьюка. Но подход - много пикселей, много детекторов- не работает с микроволновами, которые длиннее волн в видимой части электромагнитного спектра. Таким образом, микроволновые тепловизоры - используются в автомобильных системах предупреждения столкновений из-за их способности видеть сквозь туман и дождь - имея один детектор, которые должен медленно проверять пространство с помощью сложных, дорогих передач.

В новой системе визуализации также используется один детектор. Но его специализированные диафрагмы дают возможность обойтись без использования движущихся частей. Исследователи выгравировали крошечные узоры - спирали и петли - в супер тонком куске меди, превратив его в метаматериал. Метаматериалы часто экзотические смеси вещества, которые позволяют манипулировать светом, что делает их идеальными для возможности создания плащей-невидимок. В то время как для маскировки материал контролирует направление света, в новом исследовании метаматериал диафрагмы позволил точно контролировать частоту света, попадающего на детектор. Только свет определённой частоты можно получить через определенный травленый раздел экрана метаматериала.

"Они получают отличный контроль микроволн только с листа меди с каракулями в нём",- говорит пионер области изучения метаматериалов Джон Пендри из Имперского колледжа в Лондоне.

При отправке микроволн различных частот, записи некоторых из волн, отскочившие назад и попавшие в детектор, можно преобразовать сложными алгоритмами и реконструировать сцену с гораздо меньшими данными, чем обычно требуется.

"Если вы смешиваете их случайным образом вместо того, чтобы организовать запланированный набор измерений, то вы сможете сделать действительно интересный материал",- говорит Келли, участвовавший в разработке первого одиночного пикселя изображений.

Новая система создаёт изображения с примерно одной сороковой частью длины данных вместо обычных. Такое сжатие обычно делается после создания файла JPEG или GIF, но новый подход собирает меньше данных с самого начала.

"Эта умная техника очень экономично собирает пробы окружающей среды",- говорит Пендри. "Это очень интересно развитие". До сих пор исследователи использовали только картинки со сценами ярко отражающихся объектов в помещениях с антибликовым материалом на стенах." Но технология должна работать везде, где вы хотите видеть блестящие металлические предметы",- говорит Хант. Такой подход может привести к дешевым, портативным устройствам, возможных смотреть сквозь стены на провода и трубы. Вскоре вы можете идти в аэропорту, даже не зная, что вас сканируют.