Учёные из США приблизились к созданию уникальных очков ночного видения, которые были бы не только компактными и лёгкими, но также обладали бы эффектом памяти на образы. Это позволило бы обеспечить предварительную обработку изображений нейронными сетями прямо на стёклах очков, без их загрузки в процессор. Но даже без ИИ новая разработка демонстрирует, насколько OLED-очки ночного видения могут оказаться легче современных аналогов.

Источник изображения: Marcin Szczepanski, Michigan Engineering

Проект частично финансируется DARPA (Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США) и в данный момент ведётся учёными из Университета Мичигана. Как известно, современные приборы ночного видения (очками их можно назвать с очень большой натяжкой) представляют собой устройства с вакуумными приборами и люминофором, которые со значительными затратами энергии преобразуют ближний инфракрасный свет в электроны и, после усиления, создают монохромную картинку на светящемся покрытии.

Учёные из США создали новый тип OLED (органических светодиодов), который реагирует на электроны и возбуждает фотоны видимого света. Представленный ими датчик и преобразователь ближнего инфракрасного излучения в видимое тоньше человеческого волоса — его толщин составляет менее 1 мкм. Он состоит из пяти слоёв и, в идеале, каждый попавший на него электрон превращает в пять фотонов.

Первый слой датчика возбуждает электроны от попадания фотонов ближнего инфракрасного света. Затем электрон пролетает пять слоёв OLED-плёнки. Глаза человека может достичь только один образовавшийся фотон видимого света, тогда как другие фотоны снова возбуждают электроны в первом слое и, таким образом, создают эффект усиления с положительной обратной связью без обычных громоздких и высоковольтных устройство по усилению электронного потока.

Экспериментальное устройство обладает скромным усилением всего в 100 раз. Современные приборы ночного видения способны усиливать сигнал до 10 тыс. раз. Учёные говорят, что конструкцию OLED-датчика можно дальше оптимизировать, добиваясь большего усиления и, соответственно, более высокой чувствительности к инфракрасному свету. Но даже сейчас лёгкость и компактность новой конструкции очков с точки зрения эффективности и экономности питания позволяет многократно превзойти коммерческие приборы ночного видения.

Что касается сопутствующего эффекта памяти OLED-очков, то он в определённом смысле будет помехой ночному зрению. Тем не менее, учёные уже нашли ему применение в виде нейросетей для распознавания образов на уровне стёкол без загрузки в процессор. Это определённо может пригодиться для систем машинного зрения, но впереди ещё много работы, хотя исследователи говорят, что запустить разработку в производство труда не составит — они взяли готовые технологии и просто нашли их удачное сочетание.

Исследователи из Австралии придумали плёнку, которая позволит человеку видеть в темноте почти также хорошо, как днём. Очки с такой плёнкой будут гораздо менее громоздкими и сложными, чем нынешние приборы ночного видения. Это изменит быт, привычки и навыки людей, считают исследователи.

Источник изображения: TMOS

Сегодня приборы ночного видения преобразуют излучение в инфракрасном спектре (фотоны) в видимое изображения с помощью многоступенчатой системы. Фотоны через линзы попадают на электронную трубку, в которой фотокатод преобразует фотоны в электроны. Затем электронная трубка порождает усиленный поток электронов, который попадает на экран с люминофором и возбуждает свечение — воспроизводит сцену. Более сложные и чувствительные приборы требуют охлаждения, чтобы избавиться от фонового шума. В результате даже самые развитые приборы ночного зрения получаются громоздкими и тяжёлыми.

Исследователи из Центр передового опыта ARC Австралийского национального университета в области преобразующих метаоптических систем (TMOS) создали тончайшее как пищевая плёнка покрытие для линз очков или гарнитур, которая сразу преобразует инфракрасные фотоны в фотоны видимого спектра. Достигается этот за счёт использования накачки или опорного луча, поэтому наклейкой одной лишь «инфракрасной» плёнки на стёкла обойтись нельзя. Потребуется некое устройство в виде гарнитуры, но в любом случае оно будет проще и легче современных приборов ночного видения.

В новом устройстве инфракрасные фотоны проходят через метаповерхность с резонансными свойствами. Метаповерхность изготавливается из ниобата лития. Вместе с лучом накачки материал метаповерхности повышает энергию фотонов и переводит их в видимый спектр, минуя процесс с переводом фотонов в электроны, их усиление и бомбардировку экрана с люминофором. Более того, предложенное решение свободно пропускает видимый диапазон света, дополняя невидимые в обычном свете детали изображения видимыми. Картинка получается более насыщенной деталями, хотя пока она как и у приборов ночного видения зелёного цвета, к которому глаз человека наиболее чувствительный. В будущем ночное зрение обещает стать цветным.

Источник изображения: Advanced Materials

Разработанная учёными метаповерхность представляет собой тонкую плёнку и может быть установлена на обычные стёкла в оправу очков. Её вес менее одного грамма. О массе необходимого для работы очков дополнительного оборудования учёные умалчивают. Но даже если сейчас оно не покажется компактным, современные полупроводниковые лазеры способны быть очень и очень маленькими, а значит, ночное зрение со временем может стать доступным для обычных людей в их повседневной жизни, работе или досуге.