Sådan tager du billeder gennem uigennemsigtige genstande

Det er både spøgelser og teenageres drøm: hvordan man tager billeder gennem uigennemsigtige genstande.

Det har altid været umuligt, fordi lyset er så dårligt spredt, når det rejser gennem et uigennemsigtigt medium, at det er umuligt at rekonstruere det originale billede. Eller det havde vi troet.

I dag viser Sebastian Popoff og venner på Langevin Instituttet i Paris, hvordan det kan gøres ved hjælp af nogle matematiske tricks.

Send en laserstråle gennem et uigennemsigtigt medium, og alt du får på den anden side er pletter: strålen er blevet blandet på en tilsyneladende tilfældig måde, mens den hopper rundt og forstyrrer inde i materialet.

Men Popoff og co påpeger, at uanset hvor kompleks denne proces er, er multipel spredning i sidste ende deterministisk. Ingen information går faktisk tabt, når lyset er spredt. Det betyder, at det burde være muligt at udtrække informationen, spørgsmålet er bare hvordan. Popoff og venners tilgang er at tænke på det plettede mønster som et billede, der er blevet transmitteret gennem et stort antal komplicerede optiske kanaler. At rekonstruere billedet er så et spørgsmål om at behandle det på en måde, der vender effekten af ​​disse kanaler.

Men hvordan finder man sådan en operatør, transmissionsmatrixen, som Popoff og co kalder det?

Simpelt, siger de. Bare send flere kendte bølgefronter gennem materialet og optag, hvordan de er forvrænget. Transmissionsmatrixen kan så udledes af forskellen mellem de projicerede og transmitterede bølgefronter. Denne proces tager kun et par minutter, siger de.

Og det er præcis, hvad de har gjort ved at bruge en rumlig lysmodulator til at skabe passende bølgefronter og billeder til at sende gennem et uigennemsigtigt lag zinkoxid på et mikroskopobjektglas.

Zinkoxidlaget forvandler ethvert billede til tilsyneladende tilfældige pletter. Popoff og co rekonstruerer derefter originalen ved hjælp af transmissionsmatrixen (eller faktisk dens omvendte).

Der er en anden yderligere kompleksitet: støj. Det viser sig, at støj ændrer transmissionsmatrixen markant, så selv små mængder ødelægger genopbygningsprocessen.

For at komme uden om dette, belyser Popoff og co objektet, der skal afbildes, med flere forskellige bølgefronter og måler transmissionsmatrixen for hver. Dette svarer til at sende lys gennem flere forskellige spredningskanaler og fungerer som en slags gennemsnitsproces, der ophæver effekten af ​​støj.

Det er interessant arbejde inspireret af teknikker, der har eksisteret i akustik i nogen tid. Et medlem af teamet er Mathias Fink, der opfandt tids-omvendte akustiske spejle tilbage i 90'erne.

Spørgsmålet er nu, hvad man skal bruge denne enhed til. Det har nogle begrænsninger, den mest indlysende er, at der i det mindste skal noget lys igennem materialet for at teknikken kan fungere. Alt, der absorberer lyset fuldstændigt, vil stadig være uigennemsigtigt, så teenagere, der håber på at komme ind i soveværelserne, vil blive skuffede. Materialet skal også være lineært, hvilket udelukker visse klasser af ret mærkelige materialer.

Bortset fra det går alt. Og selvfølgelig burde det fungere for reflekterede såvel som transmitterede billeder. Så det kunne gøre en almindelig væg til et perfekt spejl. Frostede vinduer bliver måske aldrig private igen.
Ref: arxiv.org/abs/1005.0532 : Billedtransmission gennem et uigennemsigtigt materiale skjule