隔牆觀物！我國科學家實現遠距離非視域成像

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闢了新道路。該成果日前發表於《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”“隔牆觀物”，極大地拓展了人類的成像能力，未來在醫療檢測、智慧駕駛、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鐳射脈衝發射到中介牆上，利用中介牆使鐳射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鐳射散射到中介牆上，最後被中介牆散射至接收系統。整個過程鐳射經歷了三次漫反射，透過記錄光量子的飛行時間資訊，並利用計算成像演算法可以實現對非視域場景的重構。

然而，由於鐳射經過多次漫反射，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資訊混雜，使得成像演算法成為一個科研難題。

科研人員從光學系統和重構演算法出發，透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演算法，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，他們基於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。在演算法方面，採用凸最佳化演算法，並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”。

（科技日報）

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