| huozm32831 |
2023-10-15 16:24 |
从前的崂山道士会穿墙术、可以隔空取物，让人觉得不可思议，但如今科学家们通过对量子信息技术的研究，隔空取物已不是不可能的事。
而中国科学技术大学在“非视域成像”技术方面的研究，还帮我们实现了另一种曾经的不可能——“隔墙观物”。
用专业的语言来讲，隔墙观物其实就是非视域成像，也可以叫非视距、绕视或者拐角成像。该研究在反恐、反劫持、自动驾驶、医学检测以及灾难救援等场景，能够帮助我们看到一些肉眼看不到的事情。
计算机成像是基础工程
普通的非视域成像其实并不难，我们平时梳头时看不到后脑勺，也会使用镜子的镜面反射成像。但如果没有镜子怎么办？
科学家们想到的办法，是发射一束激光，进行各种墙面反射，然后去检测这束光反射过程中的大量信号，最后通过计算机成像算法，也就是人工智能算法，来处理这些信息，便可以得到我们想要知道的一个视域范围之外的物体的形态。
这个过程当然不是我们想象中那么简单。
光有可能在折射过程中被吸收或丢失，如何能捕捉到如此微弱的信号，又从如此大量的信号信息中去找到我们需要的数据，这些都是科学家们需要研究的问题。尤其是计算成像算法，在这个过程中最为关键，是整个成像过程中的基础。
这种计算机成像算法的原理，其实是通过对一个隐藏空间的无数个点进行光探测，当计算机收集到这些探测点的数据，并将其不断重叠，最后推算出这些探测点重合的交汇部分，就可以估算出我们要探测的场景的大致模样。同时结合信号滤波技术，就可以对这个场景进行精确图像的重构。
已实现毫米级非视域成像
中国科学技术大学的科研人员采用的是近红外波段的光源，它采用1550纳米波段，在整个大气环境中的透过率都非常高。同时配合高灵敏度的单光子探测器，以及高耦合效率、时域滤波等先进技术进行图像重构实验。
他们发现，通过空间和时间维度等全方位的测量，实验中已经可以完成一些复杂的非视域场景成像。
比如对一公里外的室内景象进行探测，不仅可以测出该室内人体的姿态，甚至可以对一些摆设比如书架上某本书的字母等细节进行成像。
早在2021年，中国科学技术大学的研究人员就实现了更高精度的毫米级的非视域成像，可以对一个A4纸打印出来的、大概4号大小的字体进行重构。
如此说来，将来对一些隐藏在场景中的文件内容，根本不需要到现场，也一样能够轻松地“偷窥”。
此外，中国科学技术大学在单像素体成像研究方面也取得进展。单像素光学成像技术在散射、弱光等复杂环境下，相较于传统面阵成像技术，又展现出很大优势。
近年来随着飞行时间和立体视觉功能等技术的引入，单像素成像还能够实现物体场景的3D空间重构，并已经应用于生物医学成像、激光雷达、有害气体传感等领域。
从古代墨子的小孔成像，到后来伽利略发明望远镜，再到近代的生物成像，比如核磁共振，然后到今天的非视域成像，成像技术一直在不断地精益求精，拓展着人类的视野。 |
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