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我國科學家實現遠距離非視域成像意義重大

2021-03-11 13:54:39來源： 科技日報

記者從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉、竇賢康、徐飛虎教授等在國際上實驗實現了1.43公里的遠距離非視域成像，首次將成像距離從米級提高到公里級，為非視域成像技術的開拓及在實際場景中的應用開辟了新道路。該成果日前發表于美國《國家科學院院刊》上。

傳統成像技術都是對視域內的物體進行觀測。非視域成像技術則能夠對隱藏在視線外的物體進行拍照，實現“視線拐彎”“隔墻觀物”，極大地拓展了人類的成像能力，未來在醫療檢測、智能駕駛、軍事偵察等領域將發揮重要作用。

光學非視域成像的實現過程通常是將激光脈沖發射到中介墻上，利用中介墻使激光散射到被遮擋的非視域場景中，該場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。整個過程激光經歷了3次漫反射，通過記錄光量子的飛行時間信息，并利用計算成像算法可以實現對非視域場景的重構。

然而，由于激光經過多次漫反射，整個光路存在巨大的衰減，使得非視域成像目前僅能在實驗室內進行短距離的原理性驗證。此外，多次漫反射導致的時空信息混雜，使得成像算法成為一個科研難題。

科研人員從光學系統和重構算法出發，通過系統性設計遠距離成像解決方案，發展高效率、低噪聲的非視域成像系統以及高效的成像算法，將非視域成像的距離從米級提高到公里級，相比先前的實驗結果提升了3個數量級。在光學系統方面，他們基于雙望遠鏡共焦光學設計，開發了一套近紅外波長的高效率非視域成像系統，成功克服漫反射帶來的160分貝光學衰減。在算法方面，采用凸優化算法，并結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致的時空混合問題。最終，成功在現場環境下實現對1.43公里外的非視域場景進行成像以及對隱藏的物體進行實時跟蹤。

審稿人認為，“這一結果代表非視域成像領域的最佳結果”“使整個非視域成像領域在實際環境中的應用邁出了一大步”。

關鍵詞：遠距離非視域成像

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