Come scattare fotografie attraverso oggetti opachi

È il sogno di fantasmi e adolescenti allo stesso modo: come scattare fotografie attraverso oggetti opachi.

Questo è sempre stato impossibile perché la luce è così dispersa quando viaggia attraverso un mezzo opaco che è impossibile ricostruire l'immagine originale. O così avevamo pensato.

Oggi, Sebastian Popoff e compagni dell'Istituto Langevin di Parigi mostrano come si può fare con l'aiuto di qualche trucco matematico.

Invia un raggio laser attraverso un mezzo opaco e tutto ciò che otterrai dall'altra parte è macchiolina: il raggio è stato mescolato in modo apparentemente casuale mentre rimbalza e interferisce all'interno del materiale.

Ma Popoff e co sottolineano che, per quanto complesso sia questo processo, lo scattering multiplo è in definitiva deterministico. Nessuna informazione viene effettivamente persa quando la luce viene dispersa. Ciò significa che dovrebbe essere possibile estrarre le informazioni, l'unica domanda è come. L'approccio di Popoff e amici è pensare al motivo maculato come a un'immagine che è stata trasmessa attraverso un gran numero di complicati canali ottici. Ricostruire l'immagine significa quindi elaborarla in modo da invertire l'effetto di questi canali.

Ma come trovare un operatore del genere, la matrice di trasmissione, come la chiamano Popoff e compagni?

Semplice, dicono. Basta inviare diversi fronti d'onda noti attraverso il materiale e registrare come sono distorti. La matrice di trasmissione può quindi essere dedotta dalla differenza tra i fronti d'onda proiettati e trasmessi. Questo processo richiede solo pochi minuti, dicono.

Ed è esattamente quello che hanno fatto usando un modulatore spaziale di luce per creare fronti d'onda e immagini adatti da inviare attraverso uno strato opaco di ossido di zinco su un vetrino da microscopio.

Lo strato di ossido di zinco trasforma qualsiasi immagine in macchioline apparentemente casuali. Popoff e co ricostruiscono quindi l'originale utilizzando la matrice di trasmissione (o addirittura la sua inversa).

C'è un'altra complessità aggiuntiva: il rumore. Si scopre che il rumore modifica in modo significativo la matrice di trasmissione, quindi anche piccole quantità rovinano il processo di ricostruzione.

Per aggirare questo problema, Popoff e co illuminano l'oggetto da riprendere con diversi fronti d'onda e misurano la matrice di trasmissione per ciascuno. Ciò equivale a inviare la luce attraverso diversi canali di diffusione e funziona come una sorta di processo di media che annulla l'effetto del rumore.

È un lavoro interessante ispirato a tecniche che esistono da tempo nell'acustica. Un membro del team è Mathias Fink, che negli anni '90 ha inventato specchi acustici invertiti nel tempo.

La domanda ora è per cosa utilizzare questo dispositivo. Ha alcune limitazioni, la più ovvia è che almeno un po' di luce deve passare attraverso il materiale affinché la tecnica funzioni. Tutto ciò che assorbe completamente la luce sarà comunque opaco, quindi gli adolescenti che sperano di raggiungere il picco nelle camere da letto saranno delusi. Il materiale deve anche essere lineare, escludendo alcune classi di materiali piuttosto strani.

A parte questo, tutto va bene. E, naturalmente, dovrebbe funzionare sia per le immagini riflesse che per quelle trasmesse. Quindi potrebbe trasformare un normale muro in uno specchio perfetto. Le finestre smerigliate potrebbero non essere mai più private.
Rif: arxiv.org/abs/1005.0532 : Trasmissione di immagini attraverso un materiale opaco nascondere