看見看不見的:新型低成本技術追蹤霧中隱藏物體

一種新型低成本技術可以揭示隱藏在霧或塵埃中的物體

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雷達及其雷射對應物雷射雷達可以探測到視線之外的物體。但是霧、雨、煙和塵埃會透過散射光和無線電波干擾這些工具。現在,中佛羅里達大學的光學研究人員米拉德·阿赫拉吉(Milad Akhlaghi)和阿里斯蒂德·多加留(Aristide Dogariu)利用這一特性,追蹤隱藏在模擬霧霾中的移動物體。透過分析物體在散射光模式中產生的細微變化,研究人員可以立即獲得物體的方向和速度。這項技術在今年早些時候的《Optica》雜誌上報道,可以推進防撞系統,並幫助軍方監控隱蔽目標。

“追蹤視線之外的物體是目前的熱門話題,”斯坦福大學電氣工程師戈登·韋茨斯坦(Gordon Wetzstein)說,他沒有參與這項新工作。研究人員 ранее разработали способы для визуализации невидимых объектов — даже за углами и за стенами — путем отражения от них микроволновых или лазерных импульсов и тщательного расчета времени возврата сигналов. 但是這些方法需要昂貴的精密裝置。

佛羅里達團隊提出了一種更簡單的方法,使用廉價的低功率雷射器和一種常見的光探測器,稱為光電倍增管,它可以記錄落在其上的光子的總強度。為了演示他們的方法,科學家們將一個移動目標——一個印在透明片上的符號——放置在一個烤麵包機大小的磨砂有機玻璃盒子裡。他們用雷射照射盒子,盒子的不透明壁形成了一個隨機的散斑圖案,由盒子另一側的光電倍增管探測到。當物體在盒子內移動時,光圖案略有變化。透過巧妙的統計分析和建模,研究人員可以使用這些閃爍來重建物體在三維空間中的運動。


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多加留說,與雷達類似,這項新技術可以發現物體,但無法判斷其大小或形狀。它目前只能探測到一米以內的物體,但他補充說,“估計表明可能達到公里範圍”。一個侷限性是,靜止的目標不會被注意到,因為它不會改變散斑圖案,而該方法依賴於跟蹤這些變化。

蘇格蘭赫瑞-瓦特大學的丹尼爾·法喬(Daniele Faccio)沒有參與這項研究,他稱這項技術“非常優雅、穩健,並且只需要最少的資源。”為了證明其在現實世界中的有效性,研究人員需要證明當目標位於充滿霧氣的空間中而不僅僅是在霧濛濛的二維牆後時,它也能工作。

Prachi Patel是一位居住在匹茲堡的自由記者。她撰寫關於能源、材料科學、奈米技術、生物技術和計算的文章。

更多作者:Prachi Patel
大眾科學 Magazine Vol 317 Issue 3本文最初以“穿透迷霧”為標題發表於《大眾科學》雜誌 第 317 卷第 3 期(),第 16 頁
doi:10.1038/scientificamerican0917-16b
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