視線拐彎、隔牆觀物,中國科學家實現遠距離非視域成像
2021年03月10日09:32

  來源:科技日報  

  記者從中國科學技術大學獲悉,該校潘建偉、竇賢康、徐飛虎教授等在國際上實驗實現了1.43公里的遠距離非視域成像,首次將成像距離從米級提高到公里級,為非視域成像技術的開拓及在實際場景中的應用開闢了新道路。該成果日前發表於美國《國家科學院院刊》上。

  傳統成像技術都是對視域內的物體進行觀測。非視域成像技術則能夠對隱藏在視線外的物體進行拍照,實現“視線拐彎”“隔牆觀物”,極大地拓展了人類的成像能力,未來在醫療檢測、智能駕駛、軍事偵察等領域將發揮重要作用。

  光學非視域成像的實現過程通常是將激光脈衝發射到中介牆上,利用中介牆使激光散射到被遮擋的非視域場景中,該場景中的隱藏物體再次將激光散射到中介牆上,最後被中介牆散射至接收系統。整個過程激光經曆了3次漫反射,通過記錄光量子的飛行時間信息,並利用計算成像算法可以實現對非視域場景的重構。

  然而,由於激光經過多次漫反射,整個光路存在巨大的衰減,使得非視域成像目前僅能在實驗室內進行短距離的原理性驗證。此外,多次漫反射導致的時空信息混雜,使得成像算法成為一個科研難題。

  科研人員從光學系統和重構算法出發,通過系統性設計遠距離成像解決方案,發展高效率、低噪聲的非視域成像系統以及高效的成像算法,將非視域成像的距離從米級提高到公里級,相比先前的實驗結果提升了3個數量級。在光學系統方面,他們基於雙望遠鏡共焦光學設計,開發了一套近紅外波長的高效率非視域成像系統,成功克服漫反射帶來的160分貝光學衰減。在算法方面,採用凸優化算法,並結合精確的成像模型和壓縮感知等成像理論,解決了多次漫反射所導致的時空混合問題。最終,成功在現場環境下實現對1.43公裡外的非視域場景進行成像以及對隱藏的物體進行實時跟蹤。

  審稿人認為,“這一結果代表非視域成像領域的最佳結果”“使整個非視域成像領域在實際環境中的應用邁出了一大步”。

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