В последнем выпуске Nature Communications исследователи описывают прототип системы, который они тестировали на стопке бумаг, на каждой из которых было напечатано по одной букве. Система смогла правильно идентифицировать буквы на девяти верхних листах.«Музей Метрополитен в Нью-Йорке проявил к этому большой интерес, потому что они хотят, например, изучить некоторые антикварные книги, к которым они даже не хотят прикасаться», — говорит Бармак Хешмат, научный сотрудник MIT Media. Лаборатория и автор-корреспондент по новой статье.
Он добавляет, что систему можно использовать для анализа любых материалов, организованных в тонкие слои, таких как покрытия на деталях машин или фармацевтических препаратов.К Хешмату присоединились в статье Рамеш Раскар, доцент кафедры медиаискусств и наук NEC; Альберт Редо Санчес, специалист по исследованиям в группе Camera Culture в Media Lab; двое других участников группы; и Джастином Ромбергом и Алирезой Агаси из Технологического института Джорджии.
Исследователи Массачусетского технологического института разработали алгоритмы, которые получают изображения с отдельных листов в стопках бумаги, а исследователи из Технологического института Джорджии разработали алгоритм, который интерпретирует часто искаженные или неполные изображения как отдельные буквы. «Это действительно страшно», — говорит Хешмат об алгоритме интерпретации букв. «Многие веб-сайты имеют эти буквенные сертификаты [капчи], чтобы убедиться, что вы не робот, и этот алгоритм может пройти через многие из них».Система использует терагерцовое излучение, диапазон электромагнитного излучения между микроволнами и инфракрасным светом, который имеет ряд преимуществ перед другими типами волн, которые могут проникать через поверхности, такими как рентгеновские лучи или звуковые волны. Терагерцовое излучение широко исследуется для использования при проверке безопасности, потому что разные химические вещества поглощают разные частоты терагерцового излучения в разной степени, создавая различную частотную характеристику для каждого.
Точно так же профили терагерцовой частоты могут различать чернила и чистую бумагу, чего не могут сделать рентгеновские лучи.Терагерцовое излучение также может испускаться такими короткими всплесками, что пройденное расстояние можно определить по разнице между временем его излучения и временем, когда отраженное излучение возвращается на датчик. Это дает ему гораздо лучшее разрешение по глубине, чем у ультразвука.Система использует тот факт, что между страницами книги находятся крошечные воздушные карманы глубиной всего около 20 микрометров.
Разница в показателе преломления — степени, в которой они отклоняют свет — между воздухом и бумагой означает, что граница между ними будет отражать терагерцовое излучение обратно в детектор.В установке исследователей стандартная терагерцовая камера испускает ультракороткие всплески излучения, а встроенный датчик камеры обнаруживает их отражения.
По времени появления отражений алгоритм исследователей Массачусетского технологического института может определить расстояние до отдельных страниц книги.Хотя большая часть излучения либо поглощается, либо отражается книгой, некоторая его часть колеблется между страницами, прежде чем вернуться к датчику, создавая ложный сигнал. Электроника датчика также издает фоновый гул.
Одна из задач алгоритма исследователей MIT — отфильтровать весь этот «шум».Информация о расстоянии между страницами помогает: она позволяет алгоритму отточить только сигналы терагерцового диапазона, время прихода которых предполагает, что они являются истинными отражениями. Затем он основывается на двух различных измерениях энергии отражений и предположениях как об энергетических профилях истинных отражений, так и о статистике шума для извлечения информации о химических свойствах отражающих поверхностей.
На данный момент алгоритм может правильно определить расстояние от камеры до 20 верхних страниц в стопке, но после глубины в девять страниц энергия отраженного сигнала настолько мала, что различия между частотными сигнатурами заглушаются шумом. . Однако получение изображений в терагерцовом диапазоне все еще относительно молодая технология, и исследователи постоянно работают над улучшением как точности детекторов, так и мощности источников излучения, поэтому должно быть возможно более глубокое проникновение.