我們一般使用的相機、夜視儀、望遠鏡等都屬于野外成像。
他們只能看到視線內的事物,而聽不到視線外的事物。
你可能會想,如果我在視線內放一面全身鏡,我能聽到視線外的東西嗎?
沒錯,潛望鏡就是這么做的。
非視場成像的原理有點像潛望鏡。
然而,它不是依靠全身鏡來反射物體的光,而是依靠較粗糙的表面,例如墻壁,來反射物體的光。
然而,墻壁是如此粗糙,即使一束平行光照射在墻壁上,也會向各個方向散射。
因此,如果你讓物體將光線反射到墻壁上,再讓墻壁將光線反射到單反上,結果一定是白色的,連神都看不到你拍的東西。
如何才能做到這一點? 有一種方法。
大多數非場成像技術不會被動地等待光線從墻壁上的物體反射,而是通過發射激光脈沖束主動攻擊墻壁。
該激光脈沖將穿過墻壁并照射到墻壁后面的物體上。 之后,物體感應到將一小部分脈沖信號反射回來,再次穿過墻壁后,被探測器接收到。
也就是說,發射的激光脈沖要經過3次漫反射才能最終返回探測器。
最后,計算機分析探測器接收到的脈沖延遲了多長時間,以及形狀如何變化,從而推斷出隱藏在墻壁前面的物體的形狀。
從這個意義上來說,無場成像可以說是一種可以轉動視線的技術。
如果仔細想一想,你可能會發現,距離越遠,激光衰減就越大,探測偏差就越大。
這種非場成像技術最多只能檢測幾米外的物體。
從這一點來看,即使這些技術真正投入使用,也最多是應用于近距離場景,比如機器人視覺、醫學和科研等。
就像動漫開頭在軍事、反恐方面的遠距離應用一樣,非野外成像一時半會做不到。
那么,真的沒有其他辦法了嗎?
中國科學院潘建偉、竇賢康、徐飛虎研究團隊提出了一種新方法。
他們借助自己的硬件和軟件,成功將非現場成像的應用距離延長到了1.4公里。
2021年3月,他們的研究論文將發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)上。
你可能會想,不就是實驗的距離變遠了嗎?
有哪些困難?
把儀器的精度設置得更高一些,更仔細地分析實驗數據不就可以了嗎?
怎么可能這么簡單!
這不僅僅是幾公里和幾米的區別,而是室內和室內的區別。
你知道,我們正在做的是精密光學實驗。
科學家們做這樣的實驗時,希望能把實驗室變成一個沒有光的暗室。
只有盡可能避免一切干擾,光學實驗才能稱得上足夠“精密”。
幸運的是,研究團隊不僅不能在暗室里進行實驗,還得把實驗移到室外,在明亮的陽光下進行實驗。
這個時候,別說轉動視線平面鏡成像規律圖表,就連認清視線內的物體都不容易。
那么,在如此強烈的干擾下,研究團隊又是如何轉眼的呢? 他們主要有六點。
盡管經過了如此精心的策劃,近紅外激光的脈沖在經過了長途飛行、多次干擾、三次漫反射之后,回到了探測器,看來后媽還是沒有認出來。
盡管在每個掃描點,近紅外激光都會發射 460 億個光子。
但經過 3 次漫反射后,只有 674 個光子返回探測器。
因此,研究團隊還有最后一件事要做,那就是:
研究團隊做出了如此多的創新和努力,實際效果如何?
看,這是探測器檢測到的一組信號。
那么計算機程序認為這是什么?
那么它們到底是什么?
原本是一個標準的人體模型。
再看看這個結果:
什么也看不見平面鏡成像規律圖表,可以嗎? 我們來看看計算機的結果。
那么它們到底是什么?
原來是字母H。
你猜怎么了?
讓計算機為您恢復(圖像重建)。
原來是它!
從這一點來看,本輪遠距離非現場成像的療效還是相當不錯的。
據不可靠消息稱,研究團隊將在各種實際場景中進一步測試和優化這些技術,力爭盡快投入實際應用。 此外,在無人駕駛、災害搜救等民用領域,非現場成像也具有廣闊的應用前景。 讓我們拭目以待吧~
結尾