利用雜訊增強影像 顯示隱蔽物的新技術

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【大紀元5月29日訊】(大紀元記者楊仁編譯報導)一項新顯影技術的發展,將使得未來的飛機駕駛能掌握迷霧中的航路,也將使得醫師得以在未進行手術的條件下獲得病患更精確的生理情況。此研究成果3月14日發表於自然光子學(Nature Photonics)雜誌。

每日科學報導,研發此一技術的普林斯頓大學(Princeton)工程師,藉由對傳統顯影造成干擾的光學訊號(如經雲層、身體組織或混濁液體截斷干擾的雜訊),來完成影像加強效果。實驗中,研究人員成功地將模糊影像修復為清晰的符碼及線條。

普林斯頓大學電機工程助理教授夫利契(Jason Fleischer)說道:「一般而言,雜訊總被當作壞事。然而有些時候雜訊和訊號卻能相互作用,雜訊中所包含的能量能用於加強訊號。尤其在訊號微弱時,雜訊確實有助於提升訊號品質。」

他亦提到此一技術應用於廣大訊號科技產業的潛力,如醫學上用於嬰兒的超音波掃瞄或駕駛員行經風暴與大氣紊流時的導航系統。亦能用於夜視鏡、水下構造物監測,甚至為情報作業中保障資料隱密性。

實驗中,夫利契和其研究共同作者戴洛夫(Dmitry Dylov)以雷射光束穿透刻有數字符碼和線條的玻璃塊,並由接受器將所得訊號導入影像觀測儀的屏幕上。接著於玻璃與接受器間,擺上半透明的塑膠薄膜。使得穿透玻璃的雷射光,在被接收器接收之前受到分散干擾,而導致屏幕上的圖像因雜訊過多而難以辨認。並用以模擬光線受到煙霧干擾的實際情況。

緊接著研究者於接受器前擺上鈮酸鍶鋇晶體,並藉其「非線性」的光學特性以吸收原本分散的光學訊號,疊合部份圖像,使得雜訊和訊號獲得加成作用。因而藉由調整鈮酸鍶鋇晶體的電壓,研究者得以獲得清晰的圖像。

戴洛夫說:「我們利用雜訊來提取訊號,這好比一個人於黑暗中照相時,將身體亮度調高,且使背景變暗,便可以看到清晰圖像。」

此現象被稱為「隨機共振(stochastic resonance)」,僅作用於雜訊與訊號的一定比例下。換言之,若雜訊過多,則仍將完全遮蔽原本的訊號。科學家已在神經科學及能源採集領域發現此一現象,然而這是第一次將此原理應用於造影上。

研究者計劃將整合其他訊號處理技術以獲得更高精確度並用於更廣泛領域,如超音波(而非電磁波)生物醫學儀器上。

(http://www.dajiyuan.com)

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