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成像|中科大实现公里级非视域成像，有望应用于交通、安保等场景

激光算法成像

成像|中科大实现公里级非视域成像，有望应用于交通、安保等场景
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非视域成像技术成像实验
光沿直线传播 ， 不会拐弯 ， 如果前方有障碍物 ， 是否还能看到其后的人或物？
近日 ， 中国科学技术大学教授潘建伟、窦贤康、徐飞虎等实验实现了1.43公里的远距离非视域成像 ， 首次将成像距离从米级提高到公里级 ， 为非视域成像技术的开拓及在实际场景中的应用开辟了新道路 。
该成果3月4日发表于美国《国家科学院院刊》上 。 论文题为“Non–line-of-sight imaging over 1.43 km” 。
【成像|中科大实现公里级非视域成像，有望应用于交通、安保等场景】传统成像技术是对视域内的物体进行观测 ， 而非视域成像技术则能够对隐藏在视线外的物体进行拍照 ， 类似“视线拐弯”或“隔墙观物” 。 后者能够拓展人类的成像能力 ， 在医学、机器人、制造业和科学成像等应用领域具有变革潜力 。
非视域成像的实现过程通常是将激光脉冲发射到中介墙上 ， 利用中介墙使激光散射到被遮挡的非视域场景中 ， 该场景中的隐藏物体再次将激光散射到中介墙上 ， 最后被中介墙散射至接收系统 。 整个过程激光经历了3次漫反射 ， 通过记录光量子的飞行时间信息 ， 并利用计算成像算法可以实现对非视域场景的重构 。 目前 ， 非视域成像仅能在实验室内进行短距离的原理性验证 。
中国科学技术大学研究团队演示了远距离（即公里级）非视域成像 ， 他们希望将这项技术推广到交通、国防、公共安全和安保等现实场景中 。
将非视域成像扩展到远距离的主要障碍是信号强度、背景噪声和光学发散 。 由于激光经过多次漫反射 ， 整个光路存在巨大的衰减 。 此外 ， 多次漫反射导致的时空信息混杂 ， 使得成像算法成为一个科研难题 。
成像|中科大实现公里级非视域成像，有望应用于交通、安保等场景
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1.43公里的非视域成像实时检测与跟踪实验
研究团队从光学系统和重构算法出发 ， 通过系统性设计远距离成像解决方案 ， 发展高效率、低噪声的非视域成像系统以及高效的成像算法 ， 将非视域成像的距离从米级提高到公里级 ， 相比先前的实验结果提升了3个数量级 。
在光学系统方面 ， 他们基于双望远镜共焦光学设计 ， 开发了一套近红外波长的高效率非视域成像系统 ， 成功克服漫反射带来的160分贝光学衰减 。
在算法方面 ， 采用凸优化算法 ， 并结合精确的成像模型和压缩感知等成像理论 ， 解决了多次漫反射所导致的时空混合问题 。
最终 ， 成功在现场环境下实现对1.43公里外的非视域场景进行成像以及对隐藏的物体进行实时跟踪 。
研究团队在论文中提出 ， 未来可以使用先进设备 ， 如飞秒激光器、高效超导探测器和SPAD阵列探测器来提高成像分辨率、提高成像速度 ， 扩大隐藏场景的规模 。 他们认为 ， 这项研究对将非视域成像技术 ， 从短程验证转移到户外和实际应用具有重要意义 。


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