Системы светового обнаружения и определения дальности типа лидар широко используются в геодезии, исследованиях атмосферы, при создании систем активной безопасности автомобилей. Такие системы состоят из светового излучателя и чувствительного приемника. Направленный сигнал от источника отражается от объекта и детектируется приемником, в результате чего по времени отклика можно определить координаты интересующего объекта.
Однако такие хорошо известные системы
пригодны только для слежения за объектами, находящимися в поле зрения наблюдателя. В последнее время ученые работают над созданием систем, позволяющих детектировать скрытые препятствиями объекты.
Один из способов заглянуть за препятствие — использование рассеянного света. Чтобы лучше понять механизм его действия, можно представить следующую ситуацию: непосредственно перед наблюдателем располагается некое препятствие, за ним — объект, который необходимо обнаружить, а за объектом — стена. Наблюдатель направляет световой луч на стену, свет отражается от нее и рассеивается в области за препятствием, отражаясь в том числе и от интересующего нас объекта. Этот отраженный свет детектируется специальным устройством. Как показано в недавних исследованиях, с помощью такой системы можно не только определять наличие предмета вне зоны видимости, но и строить 3D-модели объектов. Однако такой метод требует длительного времени приема сигнала и не позволяет использовать его для слежения за объектами в реальном времени.
Похожий подход к решению задачи был недавно предложен в статье, опубликованной в журнале Nature Photonics. Однако в этом случае
требуется размещать источник света со стороны объекта за препятствием, что не всегда возможно и может затруднить практическое применение.
Недавно было предложено еще одно решение, которое наиболее перспективно с точки зрения практического применения. Группа британских физиков под руководством Женевьевы Гарьепи и Даниэля Фассио из Университета имени Хэриота и Уатта создала систему, определяющую местоположение и траекторию движения находящегося за углом объекта с точностью около 1 см. Статья об этом была опубликована в журнале Nature Photonics.
Созданная учеными система состоит из двух основных элементов: лазера и камеры на основе однофотонного лавинного диода. Такая камера обладает высокой чувствительностью (способна регистрировать одиночные фотоны) и быстродействием. В качестве рассеивателя света ученые предложили использовать поверхность пола.
По одну сторону от угла стены располагался объект — фигурка человека из пенопласта высотой 30 см. По другую сторону — камера и источник излучения (лазер).
Лазерный луч направлялся на пол напротив угла стены. Рассеянный свет лазера отражался от фигурки и оказывался в области видимости камеры. Анализируя отраженный свет и время отклика ученые рассчитывали координаты объекта.
Предложенный способ позволяет определять местоположение скрытого за препятствием объекта в реальном времени, если объект находится на расстоянии 1 м от камеры. Система не требует никакого дополнительного оборудования, кроме наличия пола для рассеяния света лазера. Впрочем, тип поверхности, от которой отражается свет, играет определенную роль: использование черного картона увеличивает время детектирования сигнала в пять раз по сравнению с белым картоном. Однако, как утверждают ученые, система вполне пригодна для использования в реальных условиях.
«Мы уже работаем с обыкновенными поверхностями — бетонными полами и стенами — и при этом не замечаем никакой существенной разницы. С другими поверхностями, например песком, мы пока не работали, но я думаю, что система тоже сработает», — рассказал «Газете.Ru» Даниэль Фассио.
Среднее время детектирования составляет около трех секунд. Уже сейчас система пригодна для слежения в реальном времени за человеком, движущимся со скоростью несколько километров в час. По словам Даниэля Фассио, такая камера поможет в ситуациях, когда важно заглянуть за препятствие, но нет возможности проникнуть туда напрямую: так, устройство может применяться при создании систем активной безопасности автомобилей (она позволит контролировать движение скрытого за углом объекта — другого автомобиля или пешехода — и сообщать об этом водителю для предотвращения столкновения). Камера позволит спасателям и пожарным находить людей в помещениях, доступ в которые затруднен, а также сможет помочь при освобождении заложников — спасатели смогут понять на расстоянии, сколько людей находится в помещении.