中科大實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了1.43公里的遠(yuǎn)距離非視域成像

非視域成像技術(shù)成像實(shí)驗(yàn)光沿直線傳播，不會(huì)拐彎，如果前方有障礙物，是否還能看到其后的人或物？

非視域成像技術(shù)成像實(shí)驗(yàn)

近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉、竇賢康、徐飛虎等實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了1.43公里的遠(yuǎn)距離非視域成像，首次將成像距離從米級(jí)提高到公里級(jí)，為非視域成像技術(shù)的開拓及在實(shí)際場(chǎng)景中的應(yīng)用開辟了新道路。

該成果3月4日發(fā)表于美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》上。論文題為“Non–line-of-sight imaging over 1.43 km”。

傳統(tǒng)成像技術(shù)是對(duì)視域內(nèi)的物體進(jìn)行觀測(cè)，而非視域成像技術(shù)則能夠?qū)﹄[藏在視線外的物體進(jìn)行拍照，類似“視線拐彎”或“隔墻觀物”。后者能夠拓展人類的成像能力，在醫(yī)學(xué)、機(jī)器人、制造業(yè)和科學(xué)成像等應(yīng)用領(lǐng)域具有變革潛力。

非視域成像的實(shí)現(xiàn)過(guò)程通常是將激光脈沖發(fā)射到中介墻上，利用中介墻使激光散射到被遮擋的非視域場(chǎng)景中，該場(chǎng)景中的隱藏物體再次將激光散射到中介墻上，最后被中介墻散射至接收系統(tǒng)。整個(gè)過(guò)程激光經(jīng)歷了3次漫反射，通過(guò)記錄光量子的飛行時(shí)間信息，并利用計(jì)算成像算法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)非視域場(chǎng)景的重構(gòu)。目前，非視域成像僅能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行短距離的原理性驗(yàn)證。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)演示了遠(yuǎn)距離（即公里級(jí)）非視域成像，他們希望將這項(xiàng)技術(shù)推廣到交通、國(guó)防、公共安全和安保等現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中。

將非視域成像擴(kuò)展到遠(yuǎn)距離的主要障礙是信號(hào)強(qiáng)度、背景噪聲和光學(xué)發(fā)散。由于激光經(jīng)過(guò)多次漫反射，整個(gè)光路存在巨大的衰減。此外，多次漫反射導(dǎo)致的時(shí)空信息混雜，使得成像算法成為一個(gè)科研難題。

1.43公里的非視域成像實(shí)時(shí)檢測(cè)與跟蹤實(shí)驗(yàn)

1.43公里的非視域成像實(shí)時(shí)檢測(cè)與跟蹤實(shí)驗(yàn)研究團(tuán)隊(duì)從光學(xué)系統(tǒng)和重構(gòu)算法出發(fā)，通過(guò)系統(tǒng)性設(shè)計(jì)遠(yuǎn)距離成像解決方案，發(fā)展高效率、低噪聲的非視域成像系統(tǒng)以及高效的成像算法，將非視域成像的距離從米級(jí)提高到公里級(jí)，相比先前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果提升了3個(gè)數(shù)量級(jí)。

在光學(xué)系統(tǒng)方面，他們基于雙望遠(yuǎn)鏡共焦光學(xué)設(shè)計(jì)，開發(fā)了一套近紅外波長(zhǎng)的高效率非視域成像系統(tǒng)，成功克服漫反射帶來(lái)的160分貝光學(xué)衰減。

在算法方面，采用凸優(yōu)化算法，并結(jié)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(dǎo)致的時(shí)空混合問(wèn)題。

最終，成功在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對(duì)1.43公里外的非視域場(chǎng)景進(jìn)行成像以及對(duì)隱藏的物體進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。

研究團(tuán)隊(duì)在論文中提出，未來(lái)可以使用先進(jìn)設(shè)備，如飛秒激光器、高效超導(dǎo)探測(cè)器和SPAD陣列探測(cè)器來(lái)提高成像分辨率、提高成像速度，擴(kuò)大隱藏場(chǎng)景的規(guī)模。他們認(rèn)為，這項(xiàng)研究對(duì)將非視域成像技術(shù)，從短程驗(yàn)證轉(zhuǎn)移到戶外和實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。

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