全息相機瞬間透視障礙物

新型成像技術有望探測角落後方、身體內部等更多區域

Minimalist, empty white room with sharp angles.

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一種新的成像技術可能有一天能幫助醫生窺視人體組織和骨骼後方,讓機械師檢查飛機渦輪機等移動機械的微小缺陷,或使自動駕駛汽車能夠看穿濃霧或繞過盲角。《自然·通訊》上詳述的一項研究表明,這種稱為合成波長全息術的過程,可以捕捉到隱藏物體的詳細且近乎瞬時的快照。

波特蘭州立大學的電氣工程師阿圖爾·英格爾(Atul Ingle,未參與這項研究)表示,當光線在角落周圍反彈或穿過渾濁材料時會發生散射。他說,為了看到這些障礙物另一側的東西,“你需要消除散射,並以非常高的解析度分辨[隱藏的]結構。” 英格爾補充說,這項技術以足夠快的幀速率克服了這些挑戰,可以用於影片。

該過程包括髮射波長略有不同的雷射束,使其繞過障礙物——無論是牆壁還是某種半透明材料——以照射隱藏的目標。反射回來的波長被捕獲併疊加,產生干涉圖案,從而揭示直接視線之外的物體的距離。這個過程借鑑了一種稱為干涉測量法的技術,科學家們曾用它來精確測量恆星的大小和形狀以及細胞結構。“非視線”成像的其他形式在速度、高解析度和廣闊視野方面都存在困難。“我們的方法在同一種方法中同時結合了所有這些屬性,”西北大學物理學家弗洛裡安·維洛米策(Florian Willomitzer)說,他是這項新研究的主要作者。


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維洛米策和他的同事們證明,他們可以捕捉到角落後方以及穿過霧濛濛的塑膠板的毫米大小的字母影像。之前的成像方法需要迭代掃描數千個畫素才能構成場景,而這個過程只需要兩次曝光(每次捕獲僅需 23 毫秒)即可掃描近半球形的視野。

英格爾認為,將這項技術與超聲成像相結合,最終可以讓醫生看到骨骼周圍的情況,或者觀察皮膚下微小的血管。然而,兩位研究人員都表示,要將這一願景變為現實,還需要更多的工作和測試。探測一塊活體組織比看穿薄塑膠更困難——但英格爾說,在 10 年或更長時間後,這項研究可能會產生一種實用且商業上可用的方法來觀察視線之外的物體。

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