全息摄像机散射光线以看到拐角处

西北大学的一组研究人员发明了一种新型高分辨率摄像机，可以看到拐角处和通过散射介质的物体，这些介质可以是从皮肤到雾等任何东西。

该研究于11月18日发表在《Nature Communications》杂志上。

这种新方法称为合成波长全息摄影，它间接地将相干光散射到隐藏的物体上。然后，相干光再次散射，返回到摄像机。

接下来，算法会重构散射光信号以显示隐藏的物体。这种新方法还可以成像快速移动的物体，例如通过胸部看到的心跳，感谢其高时间分辨率。

非视线成像

这种相对较新的研究领域有一个名称，涉及成像物体后面的散射介质：非视线（NLoS）成像。研究团队开发的新方法可以快速捕获大面积的全场图像，并且以极高的精度和准确性完成。

鉴于其高分辨率，计算机摄像机可能会通过皮肤看到微小的毛细血管。

这种技术有许多潜在的应用，包括非侵入性医疗成像。它还可以用于汽车的早期预警导航系统和封闭空间的工业检查。

Florian Willomitzer 是该研究的第一作者。

“我们的技术将带来一波新的成像能力，” Willomitzer 说。“我们的当前传感器原型使用可见光或红外光，但该原理是通用的，可以扩展到其他波长。例如，相同的方法可以应用于太空探索或水下声学成像的无线电波。它可以应用于许多领域，我们才刚刚开始。”

根据 Willomitzer 的说法，成像拐角处和人体内的器官实际上是非常相似的。

“如果你曾经尝试通过手电筒照亮你的手，那么你已经经历过这种现象，” Willomitzer 说。“你会看到手的另一侧有一个亮点，但理论上，骨骼应该会投下阴影，显示骨骼的结构。相反，通过骨骼的光会在组织中以所有方向散射，完全模糊了阴影图像。”

拦截散射光

通过拦截散射光，可以重构其行进时间的固有信息以显示隐藏的物体。

“没有什么比光的速度更快，所以如果你想以高精度测量光的行进时间，那么你需要非常快的探测器，” Willomitzer 说。“这种探测器可能非常昂贵。”

为了克服这一挑战，团队合并了两台激光器的光波以生成一种可以针对不同散射场景的全息成像的合成光波。

“如果你可以捕获物体的整个光场到全息图中，那么你可以重构物体的三维形状的全部，” Willomitzer 说。“我们使用合成波而不是正常光波来实现全息成像，实现了拐角处或通过散射物的成像。”

鉴于光线以直线路径行进，该新设备需要一个不透明的屏障来看到拐角处。光线从传感器单元发射出来，然后从屏障上弹回并击中拐角处的物体。然后它再次弹回屏障并返回到传感器单元的探测器中。

“这就像我们可以在每个远程表面上放置一个虚拟的计算摄像机，以从表面的角度看到世界，” Willomitzer 说。

所有这一切意味着这种新技术可以替代或补充内窥镜用于医疗和工业成像。通过其使用，灵活的摄像机不再需要转弯和通过狭窄的空间。相反，合成波长全息摄影可以使用光线看到这些拐角处。