Hier is een uitsplitsing van hoe NLOS-beeldvorming werkt en hoe u mogelijk een vereenvoudigde versie zou kunnen bouwen (hoewel een echt systeem met hoge resolutie geavanceerde apparatuur vereist buiten het bereik van de meeste hobbyisten):
Hoe niet-line-of-sight (NLOS) beeldvorming werkt:
1. verlichting: Een lichtbron (meestal een laser) wordt geschenen op een diffuus reflecterend oppervlak (zoals een wand of scherm).
2. Verstrooiing: Het licht verstrooidt zich van dit oppervlak. Een deel van dit verspreide licht zal het verborgen object bereiken.
3. Meer verstrooiing: Het licht stuitert van het verborgen object en verstrooid zich opnieuw van het zichtbare oppervlak.
4. Detectie: Een zeer gevoelige detector (meestal een single-foton lawine diode (SPAD) array of een vergelijkbare tijdopgeloste sensor) vangt het vage licht dat uiteindelijk terugkeert van het zichtbare oppervlak.
5. Berekening: De sleutel is dat de * tijd van vlucht * van de fotonen (de tijd die het licht nodig heeft om van de laser naar het verborgen object en terug naar de detector te reizen) wordt gemeten met een extreem hoge precisie. Door deze time-of-vluchtmetingen te analyseren en de geometrie van de opstelling te kennen, kunnen algoritmen de vorm en locatie van het verborgen object reconstrueren. Dit is waar het "mind -bending" -gedeelte komt - de informatie over het verborgen object is gecodeerd in de subtiele variaties in de aankomsttijden van de verspreide fotonen.
Vereenvoudigde demonstratie (dit is meer een proof-of-concept dan een echt NLOS-beeldvormingssysteem):
Deze vereenvoudigde versie maakt gebruik van meer toegankelijke technologie en richt zich op het begrijpen van de principes in plaats van het bereiken van beeldvorming met hoge resolutie. Het is meer een afstandsbepalende demonstratie.
componenten:
* gepulseerde laserdiode: Een laser met korte puls (bijv. Een laserdiode met een pulsbreedte van enkele nanoseconden). Veiligheid is * van het grootste belang * bij het werken met lasers. Gebruik de juiste oogbescherming die is ontworpen voor de specifieke golflengte van de laser. Lager vermogen is over het algemeen veiliger.
* Snelle fotodiode of fotomultiplicatiebuis (PMT): Een sensor die snel lichtpulsen kan detecteren. Fotodiodes zijn betaalbaarder, maar PMT's zijn gevoeliger. Een snelle oscilloscoop is nodig om de uitgang te zien.
* oscilloscoop: Een snelle oscilloscoop (bandbreedte in het GHz -bereik) om de tijd van de vlucht van de laserpulsen te visualiseren.
* Diffuus reflecterend oppervlak: Een witte muur of een scherm gemaakt van een mat wit materiaal.
* verborgen object: Een eenvoudig, goed gedefinieerd object met een reflecterend oppervlak (bijv. Een spiegel).
* Collimerende lens: Om de laserstraal te concentreren.
* Dark Room: Minimaliseer omgevingslicht voor betere resultaten.
* Voedingsvoorraden: Voor de laser en detector.
* connectoren en kabels: BNC -kabels worden vaak gebruikt voor het aansluiten van de sensor en laser met de oscilloscoop.
Experimentele opstelling:
1. lay -out: Stel het diffuus reflecterende oppervlak (muur/scherm) in. Plaats het verborgen object achter een barrière, dus het is niet direct zichtbaar vanaf de laser en detector.
2. laseruitlijning: Richt de gepulseerde laser op het diffuus reflecterende oppervlak. Stel de laserstraal aan zodat het verspreide licht het verborgen object kan bereiken.
3. Detectorplaatsing: Plaats de fotodiode (of PMT) om het verspreide licht van het diffuus reflecterende oppervlak te vangen. Het moet worden gepositioneerd om licht te ontvangen dat * van het verborgen object kan zijn gestuiterd.
4. Verbind met oscilloscoop: Sluit de lasertriggeruitgang aan (indien beschikbaar) en de fotodiode -uitgang met de oscilloscoop.
5. Power Up: Schakel de laser en de detector aan.
Procedure:
1. Achtergrondmeting: Noteer met het verborgen object het signaal op de oscilloscoop. Dit zal het "signaal" zijn dat de reflecties van de muur bevat * en * mogelijk van het verborgen object. U zult voornamelijk een grote piek zien die overeenkomt met de directe reflectie van het zichtbare oppervlak.
2. Basismeting: Verwijder het verborgen object volledig. Noteer het signaal opnieuw op de oscilloscoop. Dit is het baseline -signaal - de reflectie van de muur zonder enige bijdrage van het verborgen object.
3. Analyse: Vergelijk de twee signalen. Zoek naar een * zeer lichte * toename van de vertraging van de tijdstip-vlucht in de opname "Signaal" (met het verborgen object). Deze vertraging, hoewel erg klein, vertegenwoordigt de extra afstand die het licht naar het verborgen object en rug heeft afgelegd. Het zal verschijnen als een lichte "schouder" of vervorming op de staart van de hoofdpuls. Hoe kleiner het object en hoe verder weg het is, hoe moeilijker het zal zijn om te detecteren. De verandering in het signaal zal waarschijnlijk erg subtiel zijn.
4. Berekeningen: Met behulp van de snelheid van het licht en het gemeten tijdsverschil (van de oscilloscoop) kunt u de extra afgelegde afstand berekenen. Door de afstand van de laser tot het zichtbare oppervlak te kennen, kunt u de afstand tot het verborgen object schatten.
5. Scannen: Om een eenvoudig "afbeelding" te maken, kunt u het laserpunt op de wand systematisch verplaatsen (het oppervlak scannen), waarbij u de vluchttijd op elk punt vastlegt. Hierdoor kunt u een puntwolk opbouwen. Dit proces zou tijdrovend zijn en alleen een zeer lage resolutie geven.
Uitdagingen en beperkingen:
* Zwak signaal: Het verspreide licht is erg zwak, waardoor detectie moeilijk wordt. U hebt een zeer gevoelige detector en een lage ruisomgeving nodig.
* Timing nauwkeurigheid: Extreem precieze timing is essentieel. Een oscilloscoop met hoge bandbreedte is cruciaal.
* Verstrooiingscomplexiteit: Het verstrooiingsproces is complex en moeilijk te modelleren.
* Computational Power: Het reconstrueren van een volledig beeld vereist belangrijke computationele bronnen en geavanceerde algoritmen.
* Real-World-toepassingen: Het is onwaarschijnlijk dat deze vereenvoudigde opstelling nuttig is voor praktische real-world applicaties.
verder gaan (voor geavanceerde hobbyisten en onderzoekers):
* spad -arrays: Arrays Single-Photon Avalanche diode (SPAD) zijn de standaard voor NLOS-beeldvorming. Deze zijn duur, maar zorgen voor een veel betere signaal-ruisverhouding en snellere acquisitie.
* Geavanceerde algoritmen: Ontdek algoritmen zoals achterprojectie, deconvolutie en gefilterde rugprojectie die wordt gebruikt in NLOS-beeldvorming. Bibliotheken zoals OpenCV kunnen nuttig zijn.
* simulaties: Gebruik ray-tracing software om het lichtverstrooiingsproces te simuleren en uw installatie te optimaliseren.
* Gestructureerde verlichting: Overweeg in plaats van een eenvoudige puntlaser te overwegen gestructureerde verlichtingspatronen om de wederopbouw te verbeteren.
Veiligheidsmaatregelen:
* Laserveiligheid: * Altijd* draag de juiste laserveiligheidsbril die zijn beoordeeld voor de specifieke golflengte van uw laser. Kijk nooit rechtstreeks in de laserstraal of zijn reflecties.
* Hoogspanning: Als u een PMT gebruikt, vereist dit een hoogspanningsvoeding. Wees uiterst voorzichtig bij het werken met hoge spanning. Controleer alle verbindingen dubbel voordat u de voeding inschakelt.
Belangrijke overwegingen:
* Verwacht geen "doorzichtige muurs" -apparaat te bouwen. " Deze vereenvoudigde opstelling is voor educatieve doeleinden en om de principes van NLOS -beeldvorming aan te tonen.
* Dit is een uitdagend project. Het vereist geduld, technische vaardigheden en toegang tot gespecialiseerde apparatuur.
* Begin klein en bouw op. Focus op het begrijpen van de basisprincipes voordat u meer complexe experimenten probeert.
Concluderend, hoewel een "geest-buigende lens die achter objecten kunnen zien" een vereenvoudiging is, zijn de principes van niet-line-of-sight-beeldvorming fascinerend en bieden ze een kijkje in de mogelijkheden om licht te manipuleren om verborgen informatie te onthullen. Dit project, zelfs in een vereenvoudigde vorm, kan een waardevolle leerervaring bieden in optica, elektronica en signaalverwerking. Vergeet niet om prioriteit te geven aan veiligheid en dit project te benaderen met realistische verwachtingen.