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新全息相机揭示更多“隐秘角落”

2021-11-19 09:10:17 | 来源: 科技日报 | 责编: 郑思雯
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  美国西北大学研究人员发明了一种新型高分辨率相机,采用“合成波长全息术”将相干光间接散射到隐藏物体上,这些物体再将光散射回相机,通过重建散射光信号而呈现隐藏的物体。利用它,人体的皮肤到骨头将一览无余,甚至还能看到角落和散布四周的介质,如雾气等。相关研究发表在17日的《自然·通讯》杂志上。

  为角落里的物体成像和为人体器官成像似乎是不同的范畴,但论文第一作者弗洛里安·威洛米泽说,二者实际密切相关,都需要处理散射介质,光线照射到物体并以无法再看到物体直接图像的方式散射。

  威洛米泽说:“当用手电筒照射你的手时,你会在手的另一边看到亮点,但从理论上讲,你的骨骼应该会有一个暴露出轮廓或结构的影子。”然而,通过骨骼的光线在人体组织内向各个方向散射,完全模糊了阴影图像。因此,研究团队的目标是拦截散射光,重新测量有关其传播时间的信息,以揭示无法被成像的物体。

  为了克服可以对光进行高精度测量的探测器成本高昂的问题,研究团队通过合并来自两个激光器的光波,形成了一种为不同散射场景下进行全息成像而量身定做的合成光波。这是第一种能在角落周围通过散射介质进行成像的技术。该方法结合了高空间分辨率、高时间分辨率、小探测区域和大角度视野。这意味着,即使在物体移动的情况下,相机也能以高分辨率拍摄出狭小空间中的微小特征以及大面积区域中隐藏的物体。

  由于光只能沿直线传播,因此必须有不透明的障碍物(例如墙壁、灌木或汽车)让新相机能看到拐角处。光从传感器单元发出,从障碍物反弹,然后击中拐角处的物体,接着光反射回障碍物并最终返回传感器单元的检测器。

  据介绍,由于具有高时间分辨率,该相机还可对快速运动的物体成像,例如心跳或街角飞驰的汽车。车辆转弯时,该相机可看到附近车辆以防发生意外。它还可替代用于医疗和工业成像的内窥镜。例如,在结肠镜检查时,可用它观察肠道内的褶皱。此外,该相机在夜间和有雾的天气下也可使用。

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  对遮挡或散射介质背后的物体成像,其实是一个相对较新的研究领域,即所谓非视距成像。与相关的非视距成像技术相比,新方法可快速获取大范围、亚毫米精度的全视野图像,在这种分辨率水平下,相机甚至可透过皮肤成像,看到哪怕最微小的毛细血管。因此,这一方法在无创医学成像、汽车预警导航系统以及在狭小空间进行工业检查等方面,拥有无限潜力。(张佳欣)

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