美欧科学家研究发明隐藏物体透视成像新技术

作者: 发布时间:2019年09月03日 【字体:

来自威斯康星大学麦迪逊分校和西班牙萨拉戈萨大学的科学家借鉴经典光学经验,证明可以使用预测的“隐藏场景”来对障碍物进行成像。该技术在2019年8月5日的《自然》杂志的一份报告中有所描述。一旦经完善便可以广泛应用,从防御、救灾到制造、医学成像。这项工作主要由军方通过美国国防部的高级研究计划局(DARPA)和美国国家航空航天局提供资金,美国宇航局将这项技术视为在月球和火星上探测隐藏洞穴的潜在方式。

  被科学家称为“非视距成像”的技术已经开发多年,但技术限制了其对简单场景的模拟。新方法可以克服的挑战包括还原更复杂的隐藏场景,看到多个角落并拍摄视频。“这种非视距成像已经存在了一段时间”,威斯康星大学医学与公共卫生学院生物统计学和医学信息学教授,新自然研究的资深作者Andreas Velten说。非线性成像的基本思想是围绕使用间接的反射光以及各种光回波,来捕捉隐藏场景的图像。来自数千个激光脉冲的光子从墙壁或另一个表面反射到模糊的场景,并且反射的漫射光反弹回连接到相机的传感器。 然后使用重新捕获的光粒子或光子以三维方式重建隐藏的场景。“我们向表面发出光脉冲并看到光线回来,从中我们可以看到隐藏场景中的内容”,Velten解释道。

  其他研究小组最近的工作重点是利用单个物体的小场景,在受控条件下提高场景再生质量。 新的《自然》报告中提出的工作超越了简单的场景,并解决了现有非视线成像技术的主要局限,包括不同材料质量的墙壁和隐藏物体的表面,隐藏场景中物体之间的光的复杂相互反射,以及用于重建较大场景的大量噪声数据。

  在非视距成像的情况下,对隐藏场景进行成像的挑战是通过将非视距成像问题重新拟合为波衍射问题然后用数学来解决的。从其他成像系统转换以解释波并重建隐藏场景的图像。通过这样做,新方法将任何漫射墙变成虚拟相机。使用这种新方法,尽管有场景复杂,反射器材料的差异,散射环境光以及构成场景物体的不同景深,也可以对隐藏的场景进行成像。

  将相机从一个表面投影到另一个表面表明该技术可以发展到成像多个角落的位置。该技术可用于创建任何成像系统的虚拟投影版本,甚至可以通过隐藏场景传播的摄像机捕捉光线。事实上,Velten的团队使用这项技术在隐藏场景中创建了一个光传输视频,可以将光线反射四到五次。

  如果可以设计传感器阵列来捕获从隐藏场景反射的光,则可以进一步改进该技术。在医学领域,该技术为机器人手术等带来了希望。例如,在对眼睛进行敏感手术时,外科医生的视野受到限制,该技术则可以更全面地了解手术周围的情况。除了帮助解决非视距成像的许多技术挑战之外,该技术还可以很便宜,这意味着实际应用只是时间问题。