全息相机瞬间透视障碍物

新型成像技术有望探测角落后方、身体内部等更多区域

Minimalist, empty white room with sharp angles.

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一种新的成像技术可能有一天能帮助医生窥视人体组织和骨骼后方,让机械师检查飞机涡轮机等移动机械的微小缺陷,或使自动驾驶汽车能够看穿浓雾或绕过盲角。《自然·通讯》上详述的一项研究表明,这种称为合成波长全息术的过程,可以捕捉到隐藏物体的详细且近乎瞬时的快照。

波特兰州立大学的电气工程师阿图尔·英格尔(Atul Ingle,未参与这项研究)表示,当光线在角落周围反弹或穿过浑浊材料时会发生散射。他说,为了看到这些障碍物另一侧的东西,“你需要消除散射,并以非常高的分辨率分辨[隐藏的]结构。” 英格尔补充说,这项技术以足够快的帧速率克服了这些挑战,可以用于视频。

该过程包括发射波长略有不同的激光束,使其绕过障碍物——无论是墙壁还是某种半透明材料——以照射隐藏的目标。反射回来的波长被捕获并叠加,产生干涉图案,从而揭示直接视线之外的物体的距离。这个过程借鉴了一种称为干涉测量法的技术,科学家们曾用它来精确测量恒星的大小和形状以及细胞结构。“非视线”成像的其他形式在速度、高分辨率和广阔视野方面都存在困难。“我们的方法在同一种方法中同时结合了所有这些属性,”西北大学物理学家弗洛里安·维洛米策(Florian Willomitzer)说,他是这项新研究的主要作者。


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维洛米策和他的同事们证明,他们可以捕捉到角落后方以及穿过雾蒙蒙的塑料板的毫米大小的字母图像。之前的成像方法需要迭代扫描数千个像素才能构成场景,而这个过程只需要两次曝光(每次捕获仅需 23 毫秒)即可扫描近半球形的视野。

英格尔认为,将这项技术与超声成像相结合,最终可以让医生看到骨骼周围的情况,或者观察皮肤下微小的血管。然而,两位研究人员都表示,要将这一愿景变为现实,还需要更多的工作和测试。探测一块活体组织比看穿薄塑料更困难——但英格尔说,在 10 年或更长时间后,这项研究可能会产生一种实用且商业上可用的方法来观察视线之外的物体。

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