Китайские учёные создали прибор ночного видения с полноцветным изображением вместо зелёного

Исследователи из Пекинского технологического института разработали прототип, который превращает инфракрасный свет в полноцветные изображения. Такой подход к ночному видению выходит за рамки привычных монохромных экранов.

Система использует квантовые точки из теллурида ртути в паре с двухслойным OLED-дисплеем.

Вместо перевода инфракрасного излучения в один цвет на основе яркости прибор сопоставляет разные длины волн и интенсивности с отдельными видимыми цветами. Именно это отличие имеет ключевое значение.

Традиционные системы инфракрасной съёмки полагаются на детекторы, которые захватывают широкий диапазон длин волн, но не сохраняют деталей о них. В результате изображение обычно передаётся как перепады яркости в одном цвете, чаще всего зелёном. Такой метод эффективен, но не использует способность человеческого глаза различать цветовые оттенки.

Новая конструкция решает эту проблему на уровне материалов. Квантовые точки в приборе имеют размер всего в несколько нанометров, что придаёт им дискретные энергетические состояния. Благодаря этому они реагируют по-разному в зависимости от длины волны и интенсивности поступающего инфракрасного света.

Более длинные волны с низкой энергией генерируют меньше носителей заряда. Более короткие волны и сильные сигналы запускают более сложные электронные переходы и создают больше носителей.

Эти сигналы затем передаются в двухслойную OLED-структуру. Один слой излучает красный свет, другой – голубой. Энергетический барьер между ними управляет тем, как заряд проходит через прибор.

При слабом инфракрасном сигнале система выдаёт тусклый красный свет. По мере усиления сигнала или его сдвига к более коротким волнам больше заряда преодолевает барьер и активирует голубой слой, что даёт смесь цветов и повышенную яркость.

Так как цветовой вывод напрямую связан с физикой поступающего сигнала, а не с заранее заданным сопоставлением, система несёт больше информации. По оценкам исследователей, она способна улавливать гораздо меньшие различия в мощности инфракрасного излучения, чем обычные системы на основе яркости.

Для проверки концепции команда собрала лёгкий прототип в виде очков. Гаджет весит 23 грамма и полупрозрачен, что позволяет пользователю одновременно видеть как обычное, так и инфракрасное изображение. В контролируемых экспериментах он выдавал чёткие цветокодированные изображения простых узоров и движущихся объектов при подсветке коротковолновым инфракрасным светом.

Систему также можно настроить в разных режимах. Она умеет накладывать инфракрасную информацию на обычное зрение или полностью отфильтровывать видимый свет для более погружающего обзора.

Исследователи проверили, можно ли уловить преобразованный сигнал биологическими системами. В лабораторных тестах инфракрасный свет, обработанный прибором, вызывал реакцию у сконструированных клеток, чувствительных к видимому свету.

Дополнительные эксперименты показали измеримую активность мозга у мышей и реакцию сетчатки у людей-добровольцев при просмотре инфракрасных сигналов через систему. Инфракрасный свет сам по себе не давал таких эффектов.

В статье команда заявляет, что работа "переопределила инфракрасное зрение" за счёт "выхода за пределы монохромной парадигмы", а также открывает путь к "визуальным протезам нового поколения".

Ограничения всё же остаются. Тесты проводились в контролируемых условиях с использованием простых высококонтрастных объектов, так что неясно, как система поведёт себя в более сложных реальных сценариях. OLED-компонент также требует внешнего питания, что делает нынешнюю версию скорее носимым дисплеем, чем пассивным оптическим прибором.

Открытыми остаются и вопросы по материалам. Теллурид ртути – соединение тяжёлого металла, и исследование не касается долгосрочной безопасности или возможности применения в приборах, контактирующих с телом напрямую.

Пока что работа демонстрирует иной способ обработки инфракрасного изображения, при котором цвет встроен в сам процесс восприятия, а не добавляется потом.