Voici une ventilation du fonctionnement de l'imagerie NLOS et de la façon dont vous pourriez potentiellement construire une version simplifiée (bien qu'un véritable système haute résolution nécessite un équipement sophistiqué hors de portée de la plupart des amateurs):
comment fonctionne l'imagerie non linéaire (NLOS):
1. Illumination: Une source lumineuse (généralement un laser) est brillante sur une surface de réflexion diffuse (comme un mur ou un écran).
2. Disposition: La lumière se disperse sur cette surface. Une partie de cette lumière dispersée atteindra l'objet caché.
3. Plus de diffusion: La lumière rebondit de l'objet caché et se disperse à nouveau de la surface visible.
4. Détection: Un détecteur hautement sensible (généralement un réseau de diodes d'avalanche à photons (SPAD) ou un capteur à résolution temporelle similaire) capture la faible lumière qui revient finalement de la surface visible.
5. Calcul: La clé est que le * temps de vol * des photons (le temps nécessaire pour que la lumière se déplace du laser à l'objet caché et retour au détecteur) est mesurée avec une précision extrêmement élevée. En analysant ces mesures de temps de vol et en connaissant la géométrie de la configuration, les algorithmes peuvent reconstruire la forme et l'emplacement de l'objet caché. C'est là que la partie "plissée" entre en jeu - les informations sur l'objet caché sont codées dans les variations subtiles des heures d'arrivée des photons dispersés.
Démonstration simplifiée (il s'agit davantage d'une preuve de concept qu'un véritable système d'imagerie NLOS):
Cette version simplifiée utilise une technologie plus accessible et se concentre sur la compréhension des principes plutôt que d'obtenir une imagerie à haute résolution. C'est plus une démonstration de recherche de portée.
Composants:
* Diode laser pulsé: Un laser à impulsion court (par exemple, une diode laser avec une largeur d'impulsion de quelques nanosecondes). La sécurité est * paramount * lorsque vous travaillez avec des lasers. Utilisez une protection oculaire appropriée conçue pour la longueur d'onde spécifique du laser. La puissance inférieure est généralement plus sûre.
* Photodiode rapide ou tube photomultiplier (PMT): Un capteur qui peut détecter rapidement les impulsions légères. Les photodiodes sont plus abordables mais les PMT sont plus sensibles. Un oscilloscope rapide est nécessaire pour voir la sortie.
* oscilloscope: Un oscilloscope rapide (bande passante dans la gamme GHZ) pour visualiser l'heure du vol des impulsions laser.
* Surface réfléchissante diffuse: Un mur blanc ou un écran fabriqué à partir d'un matériau blanc mat.
* objet caché: Un objet simple et bien défini avec une surface réfléchissante (par exemple, un miroir).
* Collimating Lens: Pour concentrer le faisceau laser.
* Room sombre: Minimiser la lumière ambiante pour de meilleurs résultats.
* alimentation: Pour le laser et le détecteur.
* Connecteurs et câbles: Les câbles BNC sont couramment utilisés pour connecter le capteur et le laser à l'oscilloscope.
Configuration expérimentale:
1. Disposition: Configurez la surface réfléchissante diffuse (mur / écran). Placez l'objet caché derrière une barrière, donc il n'est pas directement visible du laser et du détecteur.
2. Alignement laser: Visez le laser pulsé à la surface de réflexion diffuse. Ajustez le faisceau laser afin que la lumière diffusée puisse atteindre l'objet caché.
3. Placement du détecteur: Positionnez la photodiode (ou PMT) pour capturer la lumière diffusée provenant de la surface de réflexion diffuse. Il doit être positionné pour recevoir une lumière qui * peut * avoir rebondi sur l'objet caché.
4. Connectez-vous à l'oscilloscope: Connectez la sortie du déclencheur laser (si disponible) et la sortie de photodiode à l'oscilloscope.
5. Alimentation: Allumez le laser et le détecteur.
Procédure:
1. Mesure d'arrière-plan: Avec l'objet caché en place, enregistrez le signal sur l'oscilloscope. Ce sera le "signal" contenant les réflexions du mur * et * potentiellement à partir de l'objet caché. Vous verrez principalement un grand pic correspondant à la réflexion directe de la surface visible.
2. Mesure de base: Retirez entièrement l'objet caché. Enregistrez à nouveau le signal sur l'oscilloscope. Il s'agit du signal de base - la réflexion du mur sans aucune contribution de l'objet caché.
3. Analyse: Comparez les deux signaux. Recherchez une augmentation * très légère * du délai de temps de vol dans l'enregistrement "signal" (avec l'objet caché). Ce retard, bien que très petit, représente la distance supplémentaire que la lumière a parcouru vers l'objet caché et le dos. Il apparaîtra comme une légère "épaule" ou une distorsion sur la queue de l'impulsion principale. Plus l'objet est petit et plus il est loin, plus il sera difficile de détecter. Le changement du signal sera probablement très subtil.
4. Calculs: En utilisant la vitesse de la lumière et le décalage horaire mesuré (à partir de l'oscilloscope), vous pouvez calculer la distance supplémentaire parcourue. En connaissant la distance entre le laser et la surface visible, vous pouvez estimer la distance à l'objet caché.
5. Scanning: Pour créer une "image" de base, vous pouvez déplacer systématiquement le point laser sur le mur (scanner la surface), enregistrant le temps de vol à chaque point. Cela vous permettrait de construire un nuage de points. Ce processus prendrait du temps et ne donnerait qu'une résolution très faible.
Défis et limitations:
* Signal faible: La lumière dispersée est très faible, ce qui rend la détection difficile. Vous avez besoin d'un détecteur très sensible et d'un environnement à faible bruit.
* Précision de synchronisation: Un timing extrêmement précis est essentiel. Un oscilloscope à large bande passante est crucial.
* Complexité de diffusion: Le processus de diffusion est complexe et difficile à modéliser avec précision.
* puissance de calcul: La reconstruction d'une image complète nécessite des ressources de calcul importantes et des algorithmes avancés.
* Applications du monde réel: Il est peu probable que cette configuration simplifiée soit utile pour les applications pratiques du monde réel.
aller plus loin (pour les amateurs et les chercheurs avancés):
* tableaux spad: Les tableaux de diodes d'avalanche à photon unique (SPAD) sont la norme pour l'imagerie NLOS. Celles-ci sont coûteuses mais permettent un ratio signal / bruit bien meilleur et une acquisition plus rapide.
* Algorithmes avancés: Explorez des algorithmes comme la projection arrière, la déconvolution et la projection de dos filtrée utilisée dans l'imagerie NLOS. Les bibliothèques comme OpenCV peuvent être utiles.
* Simulations: Utilisez le logiciel de traçage des rayons pour simuler le processus de diffusion de la lumière et optimisez votre configuration.
* Éclairage structuré: Au lieu d'un laser à point simple, envisagez d'utiliser des modèles d'éclairage structurés pour améliorer la reconstruction.
Précautions de sécurité:
* Sécurité laser: * Toujours * Portez des lunettes de sécurité laser appropriées qui sont évaluées pour la longueur d'onde spécifique de votre laser. Ne regardez jamais directement dans le faisceau laser ou ses reflets.
* haute tension: Si vous utilisez un PMT, il nécessite une alimentation à haute tension. Soyez extrêmement prudent lorsque vous travaillez avec une haute tension. Vérifiez toutes les connexions avant d'allumer l'alimentation.
Considérations importantes:
* ne vous attendez pas à construire un appareil "transparent". " Cette configuration simplifiée est à des fins éducatives et pour démontrer les principes de l'imagerie des NLOS.
* c'est un projet difficile. Il faut de la patience, des compétences techniques et un accès à des équipements spécialisés.
* Démarrez petit et accumulez. Concentrez-vous sur la compréhension des principes de base avant de tenter des expériences plus complexes.
En conclusion, alors qu'une "lentille qui peut voir des objets derrière des objets" est une simplification excessive, les principes de l'imagerie non linéaire sont fascinants et offrent un aperçu des possibilités de manipulation de la lumière pour révéler des informations cachées. Ce projet, même sous une forme simplifiée, peut fournir une expérience d'apprentissage précieuse en optique, en électronique et en traitement du signal. N'oubliez pas de prioriser la sécurité et d'approcher ce projet avec des attentes réalistes.