Aquí hay un desglose de cómo funciona la imagen de NLOS y cómo podría construir una versión simplificada (aunque un verdadero sistema de alta resolución requiere un equipo sofisticado más allá del alcance de la mayoría de los aficionados):
Cómo funciona la imagen sin línea de visión (NLO):
1. Iluminación: Se brilla una fuente de luz (generalmente un láser) sobre una superficie de reflejo diferente (como una pared o pantalla).
2. Dispersión: La luz se dispersa en esta superficie. Parte de esta luz dispersa alcanzará el objeto oculto.
3. Más dispersión: La luz rebota en el objeto oculto y se dispersa nuevamente desde la superficie visible.
4. Detección: Un detector altamente sensible (típicamente una matriz de diodo de avalancha de fotón único (SPAD) o un sensor similar resuelto en el tiempo) captura la luz débil que finalmente regresa de la superficie visible.
5. Cálculo: La clave es que el * tiempo de vuelo * de los fotones (el tiempo que le toma a la luz viajar desde el láser al objeto oculto y de regreso al detector) se mide con una precisión extremadamente alta. Al analizar estas mediciones de tiempo de vuelo y conocer la geometría de la configuración, los algoritmos pueden reconstruir la forma y la ubicación del objeto oculto. Aquí es donde entra la parte "alucinante":la información sobre el objeto oculto está codificada en las variaciones sutiles en los tiempos de llegada de los fotones dispersos.
demostración simplificada (esto es más una prueba de concepto que un verdadero sistema de imágenes de NLOS):
Esta versión simplificada utiliza tecnología más accesible y se centra en comprender los principios en lugar de lograr imágenes de alta resolución. Es más una demostración de búsqueda de rango.
Componentes:
* diodo láser pulsado: Un láser de pulso corto (por ejemplo, un diodo láser con un ancho de pulso de unos pocos nanosegundos). La seguridad es * primordial * cuando se trabaja con láseres. Use la protección ocular adecuada diseñada para la longitud de onda específica del láser. La potencia más baja es generalmente más segura.
* Fotodiodo rápido o tubo Photomultiplier (PMT): Un sensor que puede detectar rápidamente pulsos de luz. Los fotodiodos son más asequibles, pero los PMT son más sensibles. Es necesario un osciloscopio rápido para ver la salida.
* osciloscopio: Un osciloscopio rápido (ancho de banda en la gama GHZ) para visualizar el tiempo de vuelo de los pulsos láser.
* Superficie de reflejo difusamente: Una pared blanca o una pantalla hecha de un material blanco mate.
* Objeto oculto: Un objeto simple y bien definido con una superficie reflectante (por ejemplo, un espejo).
* Lente de colimación: Para enfocar el rayo láser.
* Room Dark: Minimizar la luz ambiental para obtener mejores resultados.
* Suministros: Para el láser y el detector.
* Conectores y cables: Los cables BNC se usan comúnmente para conectar el sensor y el láser al osciloscopio.
Configuración experimental:
1. Diseño: Configure la superficie de reflejo difusamente (pared/pantalla). Coloque el objeto oculto detrás de una barrera, para que no sea directamente visible desde el láser y el detector.
2. Alineación láser: Apunte el láser pulsado en la superficie de reflexión diferente. Ajuste el haz láser para que la luz dispersa pueda alcanzar el objeto oculto.
3. Colocación del detector: Coloque el fotodiodo (o PMT) para capturar la luz dispersa que proviene de la superficie de reflejo difusamente. Debe colocarse para recibir luz que * puede * haber rebotado en el objeto oculto.
4. Conectar al osciloscopio: Conecte la salida de activación del láser (si está disponible) y la salida de fotodiodo al osciloscopio.
5. encendiendo: Encienda el láser y el detector.
Procedimiento:
1. Medición de fondo: Con el objeto oculto en su lugar, registre la señal en el osciloscopio. Esta será la "señal" que contiene los reflejos desde la pared * y * potencialmente del objeto oculto. Verá principalmente un gran pico correspondiente a la reflexión directa desde la superficie visible.
2. Medición de línea de base: Retire el objeto oculto por completo. Registre la señal en el osciloscopio nuevamente. Esta es la señal de referencia:la reflexión de la pared sin ninguna contribución del objeto oculto.
3. Análisis: Compare las dos señales. Busque un aumento * muy leve * en el retraso de tiempo de vuelo en la grabación de "señal" (con el objeto oculto). Este retraso, aunque muy pequeño, representa la distancia adicional que la luz viaja al objeto oculto y hacia atrás. Aparecerá como un ligero "hombro" o distorsión en la cola del pulso principal. Cuanto más pequeño sea el objeto y cuanto más lejos esté, más difícil será detectar. El cambio en la señal probablemente será muy sutil.
4. Cálculos: Usando la velocidad de la luz y la diferencia de tiempo medida (del osciloscopio), puede calcular la distancia adicional recorrida. Al conocer la distancia desde el láser hasta la superficie visible, puede estimar la distancia al objeto oculto.
5. escaneo: Para crear una "imagen" básica, puede mover el punto láser en la pared sistemáticamente (escanee la superficie), registrando la hora de vuelo en cada punto. Esto le permitiría construir una nube de puntos. Este proceso llevaría mucho tiempo y solo daría una resolución muy baja.
Desafíos y limitaciones:
* Señal débil: La luz dispersa es muy débil, lo que dificulta la detección. Necesita un detector altamente sensible y un entorno de bajo ruido.
* Precisión de tiempo: El tiempo extremadamente preciso es esencial. Un osciloscopio de alto ancho de banda es crucial.
* Complejidad de dispersión: El proceso de dispersión es complejo y difícil de modelar con precisión.
* Potencia computacional: La reconstrucción de una imagen completa requiere recursos computacionales significativos y algoritmos avanzados.
* Aplicaciones del mundo real: Es poco probable que esta configuración simplificada sea útil para aplicaciones prácticas del mundo real.
Ir más allá (para aficionados e investigadores avanzados):
* matrices de spad: Las matrices de diodo de avalancha de fotón único (SPAD) son el estándar para las imágenes de NLO. Estos son caros, pero permiten una relación señal / ruido mucho mejor y una adquisición más rápida.
* Algoritmos avanzados: Explore algoritmos como la protección de retroceso, la deconvolución y la protección de retroceso filtrado utilizados en las imágenes de NLOS. Bibliotecas como OpenCV pueden ser útiles.
* Simulaciones: Use el software de trazado de rayos para simular el proceso de dispersión de luz y optimizar su configuración.
* Iluminación estructurada: En lugar de un láser de punto simple, considere usar patrones de iluminación estructurados para mejorar la reconstrucción.
Precauciones de seguridad:
* Seguridad láser: * Siempre* use gafas de seguridad láser apropiadas que estén clasificadas para la longitud de onda específica de su láser. Nunca mire directamente al rayo láser o sus reflejos.
* Alto voltaje: Si está utilizando un PMT, requiere una fuente de alimentación de alto voltaje. Tenga mucho cuidado al trabajar con alto voltaje. Vuelva a verificar todas las conexiones antes de encender la fuente de alimentación.
Consideraciones importantes:
* No esperes construir un dispositivo "paredes transparentes". Esta configuración simplificada es para fines educativos y para demostrar los principios de las imágenes de NLO.
* Este es un proyecto desafiante. Requiere paciencia, habilidades técnicas y acceso a equipos especializados.
* Comience pequeño y acumule. Concéntrese en comprender los principios básicos antes de intentar experimentos más complejos.
En conclusión, si bien una "lente alucinante que puede ver detrás de los objetos" es una simplificación excesiva, los principios de las imágenes sin línea de visión son fascinantes y ofrecen una visión de las posibilidades de manipular la luz para revelar información oculta. Este proyecto, incluso en una forma simplificada, puede proporcionar una valiosa experiencia de aprendizaje en óptica, electrónica y procesamiento de señales. Recuerde priorizar la seguridad y abordar este proyecto con expectativas realistas.