Novo método de imagem revela objetos ocultos

Mesmo que a figura em vermelho esteja oculta, fora da linha direta de visão da figura em verde, a radiação emitida naturalmente pela figura oculta em comprimentos de onda submilimétricos trai sua presença. Nesses comprimentos de onda longos, muitos tipos de paredes atuam como espelhos parciais, refletindo a luz na visão da figura verde. Crédito:NIST

Uma nova maneira de visualizar objetos ocultos, desenvolvida por um pesquisador do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e seus colegas, pode tirar toda a diversão do esconde-esconde, mas também pode ajudar a salvar vidas.
Imagens de cenas que ficam fora da linha direta de visão de um observador podem melhorar muito as missões de busca e resgate, como encontrar uma criança perdida em uma fábrica abandonada, bem como operações de vigilância militar e policial, como expor um terrorista escondido ou reduto inimigo. A capacidade de ver em curvas e reconstruir uma imagem completa de um objeto ou obstáculo oculto em tempo real também pode um dia melhorar a visão robótica e a segurança e a precisão dos carros autônomos. (Atualmente, o método de protótipo não pode criar uma imagem instantaneamente.)

A maioria dos métodos convencionais usados para visualizar objetos atrás de uma obstrução usa uma fonte externa de luz – pulsos ultracurtos de luz laser visível ou infravermelha, por exemplo. A fonte de luz inicialmente ilumina uma parede que espalha a luz na região oculta. Quando a luz atinge um objeto oculto, o objeto espalha novamente parte da luz de volta para a parede, onde pode ser detectada.

No entanto, a imagem de objetos ocultos usando apenas luz visível e infravermelha é um desafio. Nesses comprimentos de onda relativamente curtos, uma parede típica – não importa quão suave seja ao toque humano – apresenta-se como uma superfície áspera e espalha a luz recebida em todas as direções. Portanto, revela menos informações sobre objetos do que a luz refletida de uma superfície lisa ou espelhada e requer algoritmos sofisticados e tempo de computação significativo para criar até mesmo uma imagem semi-nítida. Além disso, a iluminação pode alertar os adversários de que eles estão sob vigilância.

Outros métodos, que não requerem uma fonte de luz, analisam as sombras projetadas por um objeto oculto em uma parede ou detectam o calor (radiação infravermelha) emitido naturalmente pelo corpo oculto e espalhado difusamente à vista. Mas essas abordagens também exigem tempo de computação e análise extensos. “Um bom algoritmo e muito poder computacional podem extrair uma imagem, mas não muito boa”, disse o físico do NIST Erich Grossman.

Grossman e seus colegas basearam sua nova abordagem na detecção de pequenas quantidades de radiação de comprimento de onda muito maior - a faixa "submilimétrica" do espectro de luz que fica logo além da radiação de micro-ondas e que pessoas e objetos também emitem naturalmente. Nesses comprimentos de onda longos e invisíveis, variando de 300 micrômetros a 1 milímetro, paredes feitas de uma variedade de materiais parecem relativamente lisas e agem como espelhos parciais, refletindo em vez de espalhar difusamente a radiação de um objeto oculto.

A configuração para o experimento na casa de Erich Grossman, onde o objeto oculto (o próprio Grossman) estava logo atrás de uma parede oclusiva ou oculta, fora da visão direta dos detectores. “Parede sob teste” conota os vários tipos de paredes, incluindo telha cerâmica e madeira compensada, que a equipe examinou para determinar quais eram melhores em refletir a radiação submilimétrica. Crédito:E. Grossman/NIST

Para criar uma imagem, a radiação refletida deve ser direcionada e focalizada. Ao contrário da luz visível, a radiação submilimétrica não pode ser direcionada por lentes de vidro. Em vez disso, Grossman e seus colegas confiaram em espelhos curvos para focalizar a luz invisível.

Experimentando com seu protótipo, Grossman e seus colaboradores da Universidade de Minnesota Twin Cities em Minneapolis demonstraram que podiam construir imagens de objetos escondidos atrás de paredes em cerca de 20 minutos.

A técnica do protótipo emprega transistores de fosforeto de índio de última geração, que amplificam a radiação submilimétrica com pouco ruído em uma ampla faixa de comprimentos de onda. O método não requer algoritmos complexos ou análise computacional intensiva. "O que é legal nesse método é sua simplicidade", disse Grossman. “Não há mecânica quântica, relatividade, não há nada criogênico ou qualquer coisa extravagante – apenas transistores e um computador básico e espelhos”, acrescentou. Todo o aparelho é pequeno o suficiente para caber em uma mochila.

Com as instalações do NIST fechadas durante o pico da pandemia de COVID-19, Grossman usou sua própria casa – convertendo o quarto de sua filha, que havia saído para a faculdade, em um laboratório improvisado. O próprio Grossman era o corpo escondido atrás de uma parede.

Ele testou paredes feitas de uma variedade de materiais comuns de construção interna para determinar quais refletiam radiação submilimétrica suficiente para formar uma imagem, incluindo placas de parede molhadas e secas, madeira compensada, painéis de madeira, blocos de concreto sem pintura e azulejos de cozinha de pedra. Paredes que refletiam pelo menos 5% da radiação submilimétrica foram melhores na produção de imagens de corpos ocultos. Estes incluíam dry wallboard, painéis de madeira, tábuas de piso de vinil, madeira compensada, azulejos de cozinha de pedra e painéis de fibra de média densidade.

Com uma variedade maior de detectores e transistores, Grossman disse que o método deve ser capaz de visualizar objetos ocultos em tempo real. + Explorar mais