Британские физики нашли способ получать больше информации о движущихся объектах, которые скрыты от наблюдателя рассеивающей средой. Новый метод основан на вычислении разности между функциями автокорреляции с разделенным временным интервалом и ими же, но в конечный момент времени.

Исследование опубликовано в Nature Communications.

Когда мы фокусируем зрение на какой-либо объект, свет от его участков попадает к нам на сетчатку и формирует там изображение согласно распределению интенсивности в лучах, идущих под различными углами. Точно так же это работает в цифровых и пленочных камерах. Если же на пути между нами и объектом появляется рассеивающая среда, она начинает искажать распределение интенсивности, вплоть до полного исчезновения изображения. Вместо этого в фокальной плоскости хрусталика или объектива наблюдается спекл-структура, выглядящая как шум.

Может показаться, что информация об объекте под действием среды стирается полностью, однако это не так. Спекл-интерферометрия, то есть статистический анализ спекл-структур, позволяет извлечь некоторые корреляционные данные из зашумленных изображений. Она уже показала пользу при увеличении разрешающей способности микроскопов, а также при исследовании звезд, экзопланет и даже черных дыр.

Несмотря на некоторую пользу, размытие изображений из-за рассеяния света все еще остается важной прикладной проблемой. Благодаря сохранению корреляций в спекл-структурах, можно инвертировать их автокорреляционную функцию, чтобы восстановить форму объекта. Несмотря рост производительности компьютеров, применение таких алгоритмов требует больших вычислительных затрат, что исключает использование их в реальном времени для движущихся объектов.

Группа физиков из Университета Эксетера под руководством Есении Хореги-Санчес (Yessenia Jauregui-Sánchez) попыталась найти выход из этой трудности. Они показали, что, если движущихся объектов немного, вычитание автокорреляций, разделенных временным интервалом, способно быстро восстанавливать информацию о скорости и направлении перемещений.