看见看不见的:新型低成本技术追踪雾中隐藏物体

一种新型低成本技术可以揭示隐藏在雾或尘埃中的物体

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雷达及其激光对应物激光雷达可以探测到视线之外的物体。但是雾、雨、烟和尘埃会通过散射光和无线电波干扰这些工具。现在,中佛罗里达大学的光学研究人员米拉德·阿赫拉吉(Milad Akhlaghi)和阿里斯蒂德·多加留(Aristide Dogariu)利用这一特性,追踪隐藏在模拟雾霾中的移动物体。通过分析物体在散射光模式中产生的细微变化,研究人员可以立即获得物体的方向和速度。这项技术在今年早些时候的《Optica》杂志上报道,可以推进防撞系统,并帮助军方监控隐蔽目标。

“追踪视线之外的物体是目前的热门话题,”斯坦福大学电气工程师戈登·韦茨斯坦(Gordon Wetzstein)说,他没有参与这项新工作。研究人员 ранее разработали способы для визуализации невидимых объектов — даже за углами и за стенами — путем отражения от них микроволновых или лазерных импульсов и тщательного расчета времени возврата сигналов. 但是这些方法需要昂贵的精密设备。

佛罗里达团队提出了一种更简单的方法,使用廉价的低功率激光器和一种常见的光探测器,称为光电倍增管,它可以记录落在其上的光子的总强度。为了演示他们的方法,科学家们将一个移动目标——一个印在透明片上的符号——放置在一个烤面包机大小的磨砂有机玻璃盒子里。他们用激光照射盒子,盒子的不透明壁形成了一个随机的散斑图案,由盒子另一侧的光电倍增管探测到。当物体在盒子内移动时,光图案略有变化。通过巧妙的统计分析和建模,研究人员可以使用这些闪烁来重建物体在三维空间中的运动。


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多加留说,与雷达类似,这项新技术可以发现物体,但无法判断其大小或形状。它目前只能探测到一米以内的物体,但他补充说,“估计表明可能达到公里范围”。一个局限性是,静止的目标不会被注意到,因为它不会改变散斑图案,而该方法依赖于跟踪这些变化。

苏格兰赫瑞-瓦特大学的丹尼尔·法乔(Daniele Faccio)没有参与这项研究,他称这项技术“非常优雅、稳健,并且只需要最少的资源。”为了证明其在现实世界中的有效性,研究人员需要证明当目标位于充满雾气的空间中而不仅仅是在雾蒙蒙的二维墙后时,它也能工作。

Prachi Patel是一位居住在匹兹堡的自由记者。她撰写关于能源、材料科学、纳米技术、生物技术和计算的文章。

更多作者:Prachi Patel
大众科学 Magazine Vol 317 Issue 3本文最初以“穿透迷雾”为标题发表于《大众科学》杂志 第 317 卷第 3 期(),第 16 页
doi:10.1038/scientificamerican0917-16b
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