От вечерних поездок до навигации по дому или парку в темноте — существует так много ситуаций, когда было бы удобно использовать простую пару линз ночного зрения, и мир, выходящий за пределы человеческого оптического восприятия, мог бы быть освещён. Это зрение может стать реальностью благодаря технологическому прорыву, ультратонкой плёнки или линзы толщиной с пищевую плёнку.
Учёные из ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems (TMOS) в Австралии пытались сделать ночное видение доступным и носимым, отказавшись от громоздких и дорогих гарнитур и приспособлений для линз.
Их новые открытия позволяют осуществлять всю сложную обработку света по более простому и узкому пути, что, по сути, означает, что эту технологию можно упаковать в виде плёнки ночного зрения, которая весит менее грамма и может быть размещена поверх существующих линз.
Наличие повседневной пары очков ночного зрения, которые выглядят так же, как очки для чтения, может изменить то, как мы работаем и играем после наступления темноты. Тут много возможностей: от поиска собаки без поводка в парке во время ночной прогулки до повышения безопасности за рулем и пешком.
Так почему же мы ещё не ходим в ночных очках? Традиционное ночное зрение включает в себя сложную систему, которая использует световые фотоны, проходящие через объектив в электронный усилитель изображения, состоящий из двух важных частей. Сначала фотокатод преобразует фотоны в электроны, которые затем попадают в микроканальную пластину, состоящую из миллионов отверстий, для массового умножения электронов. Далее электроны попадают на экран с люминофорным покрытием и «светятся» зелёным, освещая сцену, просматриваемую через систему ночного зрения.
Понятно, что в настоящее время этот метод невозможно втиснуть в ультратонкий кусок пластиковой плёнки.
Вместо этого исследователи TMOS использовали технологию повышающего преобразования на основе метаповерхности, которая, по сути, обеспечивает более простой путь обработки световых фотонов. Фотоны проходят через резонансную метаповерхность, где смешиваются с лучом накачки. Нелокальная метаповерхность ниобата лития повышает энергию фотонов и вовлекает их в спектр видимого света без необходимости предварительного преобразования их в электроны. Это также не требует криогенного охлаждения, которое снижает «шум» и обеспечивает более чёткое изображение в классическом ночном зрении, поэтому можно отказаться от ещё большего количества громоздкой механики очков ночного зрения.
«Эти результаты обещают значительные возможности для наблюдения, автономной навигации и биологической визуализации, помимо прочего», — сказал главный исследователь Драгомир Нешев. «Уменьшение размера, веса и требований к мощности для технологий ночного зрения является примером того, как метаоптика, и работа, которую делает TMOS, имеет решающее значение для Индустрии 4.0 и будущей миниатюризации технологий».
Эта новая технология также фиксирует видимый и невидимый (или инфракрасный) свет на одном изображении, когда вы смотрите через «линзу». Классические системы ночного зрения фиксируют параллельные изображения каждого спектра, поэтому они не могут создавать идентичные изображения. Что это значит для пользователя? По сути, более качественное изображение того, что происходит в темноте.
«Это первая демонстрация визуализации с высоким разрешением и преобразованием инфракрасного излучения с длиной волны 1550 нм в видимый свет с длиной волны 550 нм на нелокальной метаповерхности», — сказал автор Росио Камачо Моралес. «Мы выбрали эти длины волн, потому что 1550 нм — это инфракрасный свет, обычно используемый в телекоммуникациях, а длина волны 550 нм — это видимый свет, к которому человеческие глаза очень чувствительны. Будущие исследования включат расширение диапазона длин волн, к которым чувствительно устройство, с целью получения широкополосных ИК-изображений, а также изучение обработки изображений, включая обнаружение краёв».
Эта работа является улучшением прошлых исследований ночного зрения, использующих метаповерхности арсенида галлия. На этот раз они обнаружили, что метаповерхность ниобата лития обеспечивает более эффективную обработку света на более широкой площади поверхности.
«Многие говорят, что высокоэффективное преобразование инфракрасного изображения в видимое невозможно из-за большого количества информации, которая не собирается из-за угловых потерь, присущих нелокальным метаповерхностям», — сказала ведущий автор Лаура Валенсия Молина. «Мы преодолеваем эти проблемы и экспериментально показываем высокую эффективность преобразования изображений».
Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.
Source: ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems (TMOS)
Комментарии (37)
NickDoom
23.07.2024 18:06+9Самое главное — не толщина самой системы, а свойство сохранения направления движения этого самого кванта, который был переизлучён из ИК в видимую часть. Без сохранения направления (та же МКП, которой по фигу, с какой стороны в её ФК квант прилетел — в любом случае будет электрон, адын штук, потом электронная лавина, адын штук, потом вспышка люминофора, адын штук, всё в точке попадания независимо от угла прилёта) эти очки будут работать как равномерно матовые экраны. То есть в любом случае потребуется картинку на них одной линзой собрать, а другой — в глаз направить (при близорукости диоптрий эдак в тридцать вторая линза не нужна, но это слабое утешение).
В общем, вот этот момент интересен — как оно в этом плане работает и до каких углов. Последний абзац заслуживает целой статьи класса «сложный» в хабе «Физика»…
arielf Автор
23.07.2024 18:06+1Интересно вот это:
Эта новая технология также фиксирует видимый и невидимый (или инфракрасный) свет на одном изображении, когда вы смотрите через «линзу».
Изучение обработки изображений, включая обнаружение краёв.
Это похоже на разнесение контраста и цвета в разные каналы, чтобы получить контрастное и цветное изображение.
NickDoom
23.07.2024 18:06+1Минус поставил не я, но по-моему — совсем не похоже, а похоже на «ну наконец-то мы нормально совместили видимое изображение и восстановленное из ИК!» Ну а обнаружение краёв просто приплели для галочки, типа, «так хорошо совместили, что даже края можно детектировать как на едином изображении». Там много чего такого можно…
cerebrum666
23.07.2024 18:06Сотовая блэнда (естественно в микроисполнении) решит проблему - будут попадать только лучи падающие на поверхность под прямым углом.
arielf Автор
23.07.2024 18:06Прошу порочесть и распространить интересные и нужные интервью с учёными про регенеративную медицину:
Мэттью О'Коннор о лечении атеросклероза и борьбе со старением
Интервью со Стефани Планк из Covalent Bioscience про лечение нейродегенеративных заболеваний
Им нужна наша помощь!
useribs
23.07.2024 18:06+7Hidden text
Andriuha077
23.07.2024 18:06+1Аптеки скрывают средство, которое усиливает зрение
Hidden text
NightVision goggles circa 1917
Chernysh_Aleksandr
23.07.2024 18:06+9Пишите название статьи правильно: Научные сотрудники "изобрели" пленочную структуру для оптических систем ночного зрения. ps. Сейчас название статьи "Учёные изобрели линзы ночного зрения" кликбейтное мошенничество так как линзы для человеческого зрения прилепляются к роговице глаза, либо это будет называться очками. ps. Неправильно идут - нужна мутация зрения для увеличения чуствительности к инфракрасному и ультрафиолетовому спектру.
Radisto
23.07.2024 18:06+2У нас хрусталик сильно поглощает УФ. И ИК плохо до сетчатки доходит - глаз довольно большой. Вообще сетчатка уже чувствительна к УФ, и если бы не хрусталик, мы бы его хорошо видели. Люди с искусственным хрусталиком из оргстекла его и видели, правда сетчатка быстро деградирует при этом, поэтому сейчас в импланты добавляют уф-поглотители, и уф снова не видно
Dr_Faksov
23.07.2024 18:06+4Вот не хотел бы я в ультрафиолете видеть. Вы на кухню или в туалет с УФ-фонариком ходили? Не ходите, сильно расстроитесь.
Newbilius
23.07.2024 18:06+2Если уж совсем докапываться, то линзы в объективе фотоаппарата или видеокамеры не прикрепляются к роговице, но всё ещё называются линзами ;-)
Chernysh_Aleksandr
23.07.2024 18:06
из контекста статьи подтверждается что говорится про человеческое зрение иначе бы написали
"Учёные изобрели
линзы(Если уж совсем докапываться, то линзы в объективе фотоаппарата или видеокамеры не прикрепляются к роговице, но всё ещё называются линзами ;-)) ночного зрения"ps. это американцы объектив в повседневной речи/сленге называют линзами - (человек) переводчик это должен понимать из контекста.
alcanoid
23.07.2024 18:06+4либо это будет называться очками
А в единственном числе, следуя вашей логике, это будет называться очком? Или вы всё же называете эти кусочки стекла, рассматриваемые по отдельности, как-то иначе?
Chernysh_Aleksandr
23.07.2024 18:06+1от того что у вас один глаз, очки(оправу с двумя "объективами"(если у вас не старье то там как минимум будет напыление от бликов, яркости освещения и уф, также возможны "составные"(бифокальные) линзы)) вы все равно, одни, будете надевать, а не половину на ягодицы
ps. американцы очки называют стеклом, а объектив - линзой и чё
Dr_Faksov
23.07.2024 18:06+8Очень странная статья. Сначала рассказывают про усилитель света, потом переходят на ИК-преобразователи.
И почему экран "светится зелёным"? Он и белым прекрасно светится. Какой люминофор нанесёте...
Mingun
23.07.2024 18:06+7И что, ни одной картинки? Видать, не так уж все и хорошо, как тут рассказывают.
BigBeaver
23.07.2024 18:06+5Дичь нечитаемая. одно только "повышает энергию фотонов" чего стоит.
Это также не требует криогенного охлаждения, которое снижает «шум» и обеспечивает более чёткое изображение в классическом ночном зрении
Много ли теплаков реально содержат криогенку? Я, может, что-то упускаю?
Vsevo10d
23.07.2024 18:06Там вообще речь про ПНВ шла, тепловизоры - это отдельная пестня, без всяких ФЭУ. Правда, ни то, ни другое с ИК-зрением не связаны.
И вообще, не уверен, что ИК полезно будет как ночное зрение. Погуглите фотки деревьев в ИК, зелень в нем очень хорошо светится и будет скорее мешать.
BigBeaver
23.07.2024 18:06Статья про ИК=>видимый свет. Тепловизор, емнип, работает с еще более низкоэнергетической частью ИК спектра (а значит, проблема шума стоит острее). Когда-то у меня была камера с ИК подсветкой - особо ужасных артефактов не помню - видимо, от конкретного диапазона зависит.
Vsevo10d
23.07.2024 18:06Тепловизор, как я понимаю, прячет это за убогим разрешением в огромных пикселях. Да у него и назначение скорее не улучшить картинку ночью, а в принципе обнаружить - а дальше уж сам решай, наблюдать, выслеживать, стрелять.
Активная ИК-подсветка кстати тема, у меня тоже где-то такая камера лежит. Криповато, но качество картинки с ней хорошее.
BigBeaver
23.07.2024 18:06В вашем примере просто расстояния большие. А так есть матрицы вполне даже адекватного разрешения даже в бытовых.
Dr_Faksov
23.07.2024 18:06ИК вообще очень специфический вид даёт. Чего одни тепловые следы стоят. Реально, пройдясь босиком по полу секунд 10 будут видны следы. Ну, и через стекло не посмотреть.
Dr_Faksov
23.07.2024 18:06Много ли теплаков реально содержат криогенку?
В военке в основном. "Джавелин" тому подтверждение.
Vlagor
23.07.2024 18:06Мне больше интересно другое , если при прохождении линзы фотон не отклоняется , а его энергия увеличивается , то насколько можно накачать энергией тот же лазерный луч который проходит через несколько линз. На входе ик лучик , на выходе жесткий уф. Тем более для лазера не нужен широкий спектр , установка может быть проще и мощнее. А для рентгена и выше аналогичную штуку можно сделать? Условная хитрая керамическая пластина которая жесткий уф разгоняет до рентгена или гаммы
Frankenstine
23.07.2024 18:06Принцип который тут применяется, скорее всего, состоит в передаче энергии от более энергичных фотонов менее энергичным, что переводит их из спектра инфракрасного в спектр видимый. Накачать так до энергии выше, чем энергия фотона накачивающего потока, невозможно.
izogfif
В РФ в некоторых городах уже тестируют инфраструктуру для тех времен, когда такие очки станут доступны широкой общественности: отключают уличное освещение на ночь.
ABy
И включают днем?
Didimus
Да даже в Москве такое: на улице уже темно или ещё светло, самое время помочь фонарями, но нет, их зажгут только когда на улицах никого не остаётся. Кто ездит на машине, тот знает
GeorgKDeft
Я бы на всякий случай добавил бы еще эти функции... мало ли что в темноте не рассмотришь и неожиданно столб дорогу перебегать станет.