作者:桂运安 来源:中国科学报 发布时间:2021/3/6 21:43:21
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视线拐弯 隔墙观物
我国科学家实现远距离非视域成像

 

中国科学技术大学教授潘建伟、窦贤康、徐飞虎等在国际上实验实现了1.43公里的远距离非视域成像,首次将成像距离从米级提高到公里级,为非视域成像技术的开拓及在实际场景中的应用开辟了新道路。该成果于3月4日发表于美国《国家科学院院刊》。

成像是一个古老而又常新的话题,然而传统成像技术都是对视域内的物体进行观测。非视域成像技术则能够对隐藏在视线外的物体进行拍照,实现“视线拐弯”“隔墙观物”,极大地拓展了人类的成像能力,未来在医疗检测、智能驾驶、军事侦察等领域将发挥重要作用。

光学非视域成像的实现过程通常是将激光脉冲发射到中介墙上,利用中介墙使激光散射到被遮挡的非视域场景中,该场景中的隐藏物体再次将激光散射到中介墙上,最后被中介墙散射至接收系统。整个过程激光经历了三次漫反射,通过记录光量子的飞行时间信息,并利用计算成像算法可以实现对非视域场景的重构。

然而,由于激光经过多次漫反射,整个光路存在巨大的衰减,使得非视域成像目前仅在实验室内进行短距离的原理性验证。此外,多次漫反射导致的时空信息混杂,使得成像算法成为一个科研难题。

中国科学技术大学团队从光学系统和重构算法出发,通过系统性设计远距离成像解决方案,发展高效率、低噪声的非视域成像系统以及高效的成像算法,将非视域成像的距离从米级提高到公里级,相比先前的实验结果提升了3个数量级。在光学系统方面,他们基于双望远镜共焦光学设计,开发了一套近红外波长的高效率非视域成像系统,成功克服漫反射带来的160分贝光学衰减。在算法方面,采用凸优化算法,并结合精确的成像模型和压缩感知等成像理论,解决了多次漫反射所导致的时空混合问题。最终,成功在现场环境下实现对1.43公里外的非视域场景进行成像以及对隐藏的物体进行实时跟踪。

审稿人认为,“这一结果代表非视域成像领域的最佳结果”,“使整个非视域成像领域在实际环境中的应用迈出了一大步”。

相关论文信息:https://doi.org/10.1073/pnas.2024468118

 
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