我科學(xué)家實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離非視域成像

原標(biāo)題：我科學(xué)家實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離非視域成像

記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉、竇賢康、徐飛虎教授等在國(guó)際上實(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(kāi)拓及在實(shí)際場(chǎng)景中的應(yīng)用開(kāi)辟了新道路。該成果日前發(fā)表于《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。

傳統(tǒng)成像技術(shù)都是對(duì)視域內(nèi)的物體進(jìn)行觀測(cè)。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，實(shí)現(xiàn)“視線拐彎”“隔墻觀物”，極大地拓展了人類的成像能力，未來(lái)在醫(yī)療檢測(cè)、智能駕駛、軍事偵察等領(lǐng)域?qū)l(fā)揮重要作用。

光學(xué)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)歷了三次漫反射，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)。

然而，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，使得非視域成像目前僅在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行短距離的原理性驗(yàn)證。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。

科研人員從光學(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(kāi)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。

審稿人認(rèn)為，“這一結(jié)果代表非視域成像領(lǐng)域的最佳結(jié)果”，“使整個(gè)非視域成像領(lǐng)域在實(shí)際環(huán)境中的應(yīng)用邁出了一大步”。

科技日?qǐng)?bào)記者 吳長(zhǎng)鋒