非視域成像技術成像實驗
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？近日，中國科學技術大學教授潘建偉、竇賢康、徐飛虎等實驗實現了1.43公里的遠距離非視域成像，首次將成像距離從米級提高到公里級，為非視域成像技術的開拓及在實際場景中的應用開辟了新道路。
該成果3月4日發表于美國《國家科學院院刊》上。論文題為“Non–line-of-sight imaging over 1.43 km”。
傳統成像技術是對視域內的物體進行觀測，而非視域成像技術則能夠對隱藏在視線外的物體進行拍照，類似“視線拐彎”或“隔墻觀物”。后者能夠拓展人類的成像能力，在醫學、機器人、制造業和科學成像等應用領域具有變革潛力。
非視域成像的實現過程通常是將激光脈沖發射到中介墻上，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。整個過程激光經歷了3次漫反射，通過記錄光量子的飛行時間信息，并利用計算成像算法可以實現對非視域場景的重構。目前，非視域成像僅能在實驗室內進行短距離的原理性驗證。
中國科學技術大學研究團隊演示了遠距離（即公里級）非視域成像，他們希望將這項技術推廣到交通、國防、公共安全和安保等現實場景中。
將非視域成像擴展到遠距離的主要障礙是信號強度、背景噪聲和光學發散。由于激光經過多次漫反射，整個光路存在巨大的衰減。此外，多次漫反射導致的時空信息混雜，使得成像算法成為一個科研難題。
1.43公里的非視域成像實時檢測與跟蹤實驗
研究團隊從光學系統和重構算法出發，通過系統性設計遠距離成像解決方案，發展高效率、低噪聲的非視域成像系統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，相比先前的實驗結果提升了3個數量級。在光學系統方面，他們基于雙望遠鏡共焦光學設計，開發了一套近紅外波長的高效率非視域成像系統，成功克服漫反射帶來的160分貝光學衰減。
在算法方面，采用凸優化算法，并結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致的時空混合問題。
最終，成功在現場環境下實現對1.43公里外的非視域場景進行成像以及對隱藏的物體進行實時跟蹤。
研究團隊在論文中提出，未來可以使用先進設備，如飛秒激光器、高效超導探測器和SPAD陣列探測器來提高成像分辨率、提高成像速度，擴大隱藏場景的規模。他們認為，這項研究對將非視域成像技術，從短程驗證轉移到戶外和實際應用具有重要意義。
