Микроволновые печи не только нагревают остатки еды. Эти невидимые волны электромагнитного излучения также могут использоваться в различных приложениях для получения изображений.
От наблюдения за климатом Земли и топографии поверхности до досмотра багажа в аэропортах, микроволновые печи могут помочь нам увидеть то, что может быть скрыто. Это связано с тем, что микроволны различной частоты могут проникать через объекты, которые обычно блокируют наше зрение в видимом спектре света, например, облака или внешний слой чемодана.
Однако ограничения микроволнового изображения заключаются в неблагоприятных размерах, весе, потребляемой мощности и стоимости систем. Эти факторы ограничивают их использование такими приложениями, как громоздкие сканеры в аэропортах или большие спутники на орбите.
Мохаммадреза Имани, доцент кафедры электротехники инженерных школ Айры А. Фултон в Университете штата Аризона, стремится преодолеть эти проблемы, сделав системы микроволнового изображения более портативными и доступными.
Его исследования сосредоточены на одной конкретной области возможностей для микроволнового изображения: использование метаматериалов - спроектированных комбинаций элементов, которые имеют уникальные узоры или структуры, не встречающиеся в природе - для упрощения оборудования для микроволнового изображения и облегчения создания изображений.
Имани рассказывает, как улучшить микроволновую визуализацию с использованием метаматериалов и как этот новый способ «видения» может помочь осмотреть здания, помочь в поисково-спасательных операциях, повысить безопасность аэропорта и даже помочь в наших собственных проектах по благоустройству дома.
Вопрос: В чем состоит большая проблема с системами микроволнового изображения, которые вы решаете?
Сложность современных систем визуализации обусловлена множеством факторов. Важнейшим из них является антенное оборудование.
Подумайте о системе досмотра в аэропорту. Эта система имеет механическую руку, оснащенную множеством антенн, которые сканируют человека. Хотя он может снимать фантастические изображения, он дорогой, громоздкий и медленный.
Метаматериалы предлагают простой способ получить несколько измерений конкретной интересующей сцены. По сути, они могут устранить необходимость в механическом перемещении или использовании очень больших антенных решеток.
Метаматериалы состоят из множества включений или инкапсулированных соединений в структуре материала, которые резонируют при взаимодействии с ними электромагнитной волны. Их резонансный отклик определяет генерируемые паттерны.
Создавая структуры из метаматериалов, которые демонстрируют определенные резонансные отклики в зависимости от частоты или электронных сигналов, мы можем генерировать различные шаблоны, которые исследуют интересующую сцену и получают несколько измерений сцены.
Таким образом, мы можем заменить несколько антенн одной, изготовленной из метаматериалов. Когда мы уменьшим количество антенн и механическое движение, мы сможем сделать системы визуализации более быстрыми и простыми.
Вопрос: Как еще метаматериалы решают проблемы микроволнового изображения?
Мы можем использовать динамическое и разнообразное взаимодействие метаматериалов со сценой, чтобы получить достаточно измерений для формирования изображения даже на одной частоте. Другие системы визуализации используют несколько частот в широкой полосе частот.
Полоса пропускания или диапазон используемых электромагнитных частот обычно является огромным узким местом в микроволновом изображении. Многие аппараты работают на 3р3р3107. микроволны 3р3р3108. - от микроволновых печей до разведывательных радаров. При использовании большой полосы пропускания для микроволнового изображения мы увеличиваем вероятность создания помех другим устройствам. Широкая полоса пропускания также обычно увеличивает сложность и стоимость устройств. Кроме того, в случае получения изображения через поверхности использование широкополосных электромагнитных волн может вызвать искажение изображения.
Использование одной частоты или очень узкой полосы пропускания решает проблемы, связанные с широкой полосой пропускания, и именно здесь мои исследования вступают в игру. Реконфигурируемые метаматериалы предоставляют простые средства для реализации систем визуализации, использующих одну частоту.
Вопрос: Что инновационного в вашем подходе к разработке технологий обработки изображений?
Инновация, лежащая в основе использования метаматериалов для получения разнообразных измерений, связана с применением компьютерной визуализации. В этой структуре вычислительная постобработка используется для получения желаемого изображения вместо того, чтобы полагаться исключительно на компоненты оборудования.
Такая смена ролей дает огромные преимущества с точки зрения скорости визуализации и сложности оборудования, а также позволяет нам использовать нетрадиционное оборудование, такое как метаматериалы.
Вопрос: Можете ли вы «видеть» сквозь стены с помощью этой технологии?
Видеть сквозь слои всегда было увлекательной идеей в научной фантастике. Однако это не совсем то, что возможно, когда мы используем микроволновую визуализацию, чтобы видеть сквозь непрозрачные слои. Полученные изображения могут быть нелегко интерпретировать человеческим глазом, но производимые ими измерения несут большой объем информации.
Изображения, полученные с помощью микроволнового изображения, можно использовать для проверки структурной целостности, обнаружения структурных повреждений, таких как утечки воды и трещины; найдите интересующие предметы, например трубы или шпильки; или найти и подсчитать количество людей за стенами, например, во время спасательных операций. Вы также можете использовать микроволновую визуализацию для проверки пакетов или рюкзаков, например, для обнаружения скрытых угроз.
Вопрос: Как можно использовать технологию микроволнового изображения для обеспечения безопасности инфраструктуры?
Микроволновая визуализация позволяет проводить неразрушающую и обычно бесконтактную оценку и мониторинг различных уровней инфраструктуры.
Он может даже предоставить информацию об оптически невидимых слоях. Например, он может обнаруживать трещины, которые могут быть невидимы для глаза, или предоставлять информацию о глубине трещины. Если мы сможем упростить развертывание и портативность системы микроволновой обработки изображений, ее можно будет использовать в различных приложениях, таких как проверка целостности здания и помощь в проектах восстановления и ремонта.
Вопрос: Как его можно использовать в поисково-спасательных операциях?
Микроволны отражаются человеческим телом, но проходят через большинство других оптически непрозрачных слоев, таких как здания и ткань. Это означает, что микроволновое устройство формирования изображений в принципе может определять местонахождение человека, «просматривая» стены или обломки во время стихийных бедствий, таких как землетрясения, обрушения зданий или пожары. Чтобы широко использовать эти возможности, нам необходимо улучшить скорость и размер систем микроволнового изображения, а также связанных с ними методов обработки изображений.
Вопрос: Как еще эта технология визуализации может улучшить жизнь людей?
Если мы сможем ускорить сбор данных, мы сможем устранить необходимость в непрерывном процессе, используемом в настоящее время в аэропортах. Микроволновое сканирование можно использовать в местах массового скопления людей, таких как стадионы, вокзалы, школы, больницы и т. Д., В качестве простого и быстрого устройства для проверки безопасности. Когда пассажиры проходят по коридору, микроволновая система визуализации может обнаруживать подозрительные объекты. Имейте в виду, что микроволновая печь также может видеть сквозь рюкзаки и багаж. Таким образом, быстрое и доступное микроволновое сканирование может обнаруживать потенциальные угрозы, спрятанные в рюкзаках в людных местах, без необходимости их снимать.
В домашних условиях быструю и развертываемую систему микроволновой обработки изображений можно использовать в проектах «сделай сам», при ремонте, проверках или просто для развлечения. Когда вы начинаете проект по благоустройству дома своими руками, или делаетеПри осмотре дома нужно знать, что находится за стенами, крышей или потолком. Например, успокоилась ли изоляция? Есть утечка воды? Есть ли за стеной труба или проволока, в которых я собираюсь просверлить? Доступная по цене микроволновая камера может решить такие проблемы.
Можно также просто использовать микроволновую камеру для забавных приложений, например, для проверки того, как ваша нога помещается в обуви, или для обнаружения содержимого ваших подарков, прежде чем открывать их.
0 комментариев