Нова методика дозволяє отримати якісне зображення навіть при наявності джерела шуму - більш того, при його безпосередній допомозі.
"Як правило, - говорить один з авторів роботи, професор Джейсон Флейшер (Jason Fleischer), - шум розглядається, як проблема, з якою треба боротися. Але в деяких випадках сигнал і шум можна змусити взаємодіяти, і тоді шум буде посилювати сигнал. Для слабких сигналів - наприклад, для зображення занадто темних або занадто далеких об'єктів - шум взагалі може навіть поліпшити отриману картинку ".
Разом зі своїм студентом, нашим співвітчизником Дмитром Диловим, Флейшер провів такий експеримент. Лазерний промінь пропускався через невелику скляну пластину з нанесеним на ній малюнком - лініями і цифрами. Промінь потрапляв на пристрій, пов'язаний з комп'ютером, на моніторі якого і відображалася підсумкова картинка.
Потім у цю схему було внесено джерело шуму, напівпрозора пластикова пластина, розташована між склом і приймачем. Розсіюючи левову частку випромінювання, вона робила картинку на моніторі абсолютно нечитаною, як туман робить невидимими об'єкти, приховані його пеленою.
Тепер ми підійшли до головної частини досвіду: на шляху променя Флейшер і Дилов встановили ще один об'єкт. Між пластиковою пластиною і приймачем вони помістили кристал ніобату стронція-барія (НРБ), речовини, що володіє нелінійними оптичними властивостями. Інакше кажучи, рух проміння світла в ньому підпорядковується досить незвичайним законам, дозволяючи сигналу і шуму взаємодіяти один з одним.
Ці властивості НРБ залежать від доданої до кристала речовини напруги, так що, акуратно варіюючи цей показник, вчені врешті-решт домоглися того, що на моніторі була знову отримана ясна і чітка картинка вихідного об'єкта - скляної пластини з нанесеними цифрами і лініями.
Сам по собі подібний підхід аж ніяк не є, це явище називається стохастичним резонансом. Спрощено пояснити його можна так. Представимо систему, яка під впливом періодичного сигналу змінюється - відповідно, теж періодично. Якщо на систему діє тільки шум, то зміни її будуть випадковими.
Тепер уявімо систему, на яку впливає занадто слабкий сигнал: при такому підпороговому впливі вона не буде змінювати свій стан. Але якщо ми додамо до неї ще й шум, який привнесе в систему додаткову енергію, то навіть порівняно слабкого періодичного впливу буде вже достатньо. Шум як би знижує поріг чутливості системи до періодичного сигналу.
"Шум ми використовували, щоб" підгодувати "сигнал, - коментує Дмитро Димов. - Це як якщо б ви сфотографували людину в темряві, а потім, обробивши фотографію певним чином, отримали її зображення більш світлим, а фон - більш темним, ніж на вихідному знімку. На контрасті портрет стає більш чітким ".
Вчені впевнені, що незважаючи на те, що поки що вони зробили лише перші кроки у своїй роботі, вона має найнеймовірніші перспективи використання. Таке «відновлення» картинки за допомогою шуму знайде застосування і в медицині, і в авіації, і в сонарах підводних човнів, і в пристроях нічного бачення, і де завгодно, де вихідний сигнал відчуває значний вплив шуму.
По прес-релізу Princeton Engineering
