我們通常用的照相機、夜視儀和望遠鏡，都屬於視域成像。
它們只能看到自己視線範圍內的東西，沒法看到視線之外的東西。
你可能會想，如果我在視線範圍內放一個鏡子，看不就可以看到視線之外的東西了嗎？
沒錯，潛望鏡就是這麼做的。
非視域成像的原理有點兒像潛望鏡。
不過，它不是靠鏡子來反射物體的光線，而是靠更粗糙的平面，比如牆壁，來反射物體的光線。
可是，牆壁那麼粗糙，就算讓一束平行光線照在牆上，也會被散射得七零八落。
所以，如果讓物體把光線反射到牆壁上，再讓牆壁把光反射到相機裏，結果一定是白茫茫一片，連神仙都看不出來你拍的是啥。
這可怎麼辦呢？辦法是有的。
大部分非視域成像技術，都不會被動等待牆壁反射物體的光線，而是主動出擊，向牆壁發射一束激光脈衝。
這束激光脈衝，會經過牆壁，照在牆後的物體上。然後，物體會把一小部分脈衝信號反射回來，再次經過牆壁後，被探測器接收。
也就是説，發出去的激光脈衝要經過三次漫反射，才能最終回到探測器中。
最後，計算機通過分析探測器接收到的脈衝延遲了多久，形狀發生了何種變化，來反推牆壁後面藏着的物體是什麼形狀的。
從這個意義上説，非視域成像可以説是一種能夠讓視線拐彎的技術。
仔細一想，你可能會發現，距離越遠，激光衰減就越厲害，探測誤差也會越大。
這樣的非視域成像技術，最多也只能探測幾米之外的物體。
如此看來，這種技術就算真的投入使用，最多也就是用在近距離的場景，比如機械人視覺、醫學和科研。
像漫畫開頭的那種在軍事、反恐方面的遠距離應用，非視域成像一時半會還無法勝任。
那麼，真的沒有其他辦法了嗎？
中國科學技術大學的潘建偉、竇賢康、徐飛虎研究組想到了一個新辦法。
他們利用自己發展的硬件和軟件，成功地把非視域成像的應用距離，延長到了1.4千米。
2021年3月，他們的研究論文發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。
你可能會覺得，不就是實驗距離變遠了嗎？
這有什麼難辦的呢？
把儀器精度設置得高一點兒，再把實驗數據分析得仔細一點兒，不就可以了嗎？
哪有那麼簡單！
這可不僅僅是幾千米和幾米的區別，而是室外和室內的區別。
要知道，我們做的是一個精密光學實驗。
科學家做這樣的實驗時，恨不能把實驗室變成一個沒有光的黑屋子。
只有儘可能杜絕一切干擾，光學實驗才能稱得上足夠“精密”。
現在可好，研究組不但不能在黑屋子裏做實驗，還要把實驗搬到户外，在明晃晃的太陽底下做實驗。
這個時候，別説讓視線拐彎了，就算想看清視線內的物體，都是不容易的事。
那麼，在如此強烈的干擾下，研究組又是如何讓視線拐彎的呢？他們的主要有六點。
儘管有了如此細緻的準備，但近紅外激光的脈衝，經過長距離的飛行，經過重重干擾，再經過三次漫反射，回到探測器以後，還是變得親媽都不認識了。
雖然在每個掃描點上，近紅外激光都會發出460億億個光子。
但經過三次漫反射以後，卻只有674個光子能回到探測器中。
於是，研究組最後還有一個事情必須完成，那就是：
研究組做了這麼多創新和努力，實際效果如何呢？
請看，這是探測器探測到的一組信號。
那麼計算機程序認為這是什麼呢？
那麼它究竟是什麼呢？
原來是一個標準的人體模型。
再看這個結果：
啥也看不出來，對嗎？讓我們看看計算機的結果。
那麼它究竟是什麼呢？
原來是一個字母H。
再猜猜看，這拍的是啥？
讓計算機幫你還原（圖像重建）一下。
原來是它！
這樣看來，這一輪遠距離非視域成像的效果還挺不錯。
據不可靠消息，研究組還將在各種實際場景中，對這種技術進一步測試和優化，爭取早日將它投入實際應用中。另外，在無人駕駛、災害救援等民用領域，非視域成像也有廣闊的應用前景，我們一起拭目以待吧～
End
作者：Sheldon
繪製：賞鑑、周源
美指：牛貓
排版：偉俊
鳴謝：徐飛虎、吳騁、劉健江
參考文獻：
1. C. Wu, J. Liu, X. Huang, Z.-P. Li, C. Yu, J.-T. Ye, J. Zhang, Q. Zhang, X. Dou, V. K. Goyal, F. Xu and J.-W. Pan, Non–line-of-sight imaging over 1.43 km[J], Proc. Natl. Acad. Sci. 2021, 118, e2024468118.
2. Faccio?D,?Velten?A,?Wetzstein?G.?Non-line-of-sight?imaging[J].?Nature?Reviews?Physics,?2020,?2(6):?318-327.
本文經授權轉載自墨子沙龍（ID：MiciusSalon），原標題為《漫畫 | 非視域成像：讓視線“拐外”，在1.4千米之外》，如需二次轉載請聯繫原作者