中科大實(shí)現(xiàn)公里級非視域成像，有望應(yīng)用于交通、安保等場景

非視域成像技術(shù)成像實(shí)驗(yàn)光沿直線傳播，不會拐彎，如果前方有障礙物，是否還能看到其后的人或物?

非視域成像技術(shù)成像實(shí)驗(yàn)

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉、竇賢康、徐飛虎等實(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提高到公里級，為非視域成像技術(shù)的開拓及在實(shí)際場景中的應(yīng)用開辟了新道路。

該成果3月4日發(fā)表于美國《國家科學(xué)院院刊》上。論文題為“Non–line-of-sight imaging over 1.43 km”。

傳統(tǒng)成像技術(shù)是對視域內(nèi)的物體進(jìn)行觀測，而非視域成像技術(shù)則能夠?qū)﹄[藏在視線外的物體進(jìn)行拍照，類似“視線拐彎”或“隔墻觀物”。后者能夠拓展人類的成像能力，在醫(yī)學(xué)、機(jī)器人、制造業(yè)和科學(xué)成像等應(yīng)用領(lǐng)域具有變革潛力。

非視域成像的實(shí)現(xiàn)過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景中，該場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)過程激光經(jīng)歷了3次漫反射，通過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)對非視域場景的重構(gòu)。目前，非視域成像僅能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行短距離的原理性驗(yàn)證。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)演示了遠(yuǎn)距離(即公里級)非視域成像，他們希望將這項(xiàng)技術(shù)推廣到交通、國防、公共安全和安保等現(xiàn)實(shí)場景中。

將非視域成像擴(kuò)展到遠(yuǎn)距離的主要障礙是信號強(qiáng)度、背景噪聲和光學(xué)發(fā)散。由于激光經(jīng)過多次漫反射，整個(gè)光路存在巨大的衰減。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。

1.43公里的非視域成像實(shí)時(shí)檢測與跟蹤實(shí)驗(yàn)

1.43公里的非視域成像實(shí)時(shí)檢測與跟蹤實(shí)驗(yàn)研究團(tuán)隊(duì)從光學(xué)系統(tǒng)和重構(gòu)算法出發(fā)，通過系統(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提高到公里級，相比先前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果提升了3個(gè)數(shù)量級。

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)，開發(fā)了一套近紅外波長的高效率非視域成像系統(tǒng)，成功克服漫反射帶來的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)空混合問題。

最終，成功在現(xiàn)場環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對1.43公里外的非視域場景進(jìn)行成像以及對隱藏的物體進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。

研究團(tuán)隊(duì)在論文中提出，未來可以使用先進(jìn)設(shè)備，如飛秒激光器、高效超導(dǎo)探測器和SPAD陣列探測器來提高成像分辨率、提高成像速度，擴(kuò)大隱藏場景的規(guī)模。他們認(rèn)為，這項(xiàng)研究對將非視域成像技術(shù)，從短程驗(yàn)證轉(zhuǎn)移到戶外和實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。