新型全息成像既能前瞻转角也能透视人体

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【大纪元2022年01月14日讯】(大纪元记者高文森编译报导)美国西北大学(Northwestern University)的研究人员发明了一种成像技术,不仅能看到转角后面的景象,还能透视皮肤、浓雾,甚至人类的头骨。

看到转角后面的物体和透视人体听上去像是不同的情形,但是这份研究的第一作者弗洛里安·威洛米策(Florian Willomitzer)说,利用他们这项技术都能实现。

他们的技术利用一种特殊的、人工合成的激光,照射到障碍物的表面,比如转角的墙壁,皮肤,从这个表面散射的激光再抵达要成像的隐藏物体,比如转角另一边原本看不见的物体、或是皮肤下面的器官,最后激光再从目标成像的物体散射返回到探测器。探测器利用特殊的算法,还原隐藏物体的三维全息影像(holograph)。

威洛米策说:“如果你曾经把手电筒照在自己的手掌上,你就有过这样的经历。你会看到手掌的另一面有一块亮斑。理论上说,应该可以看到手掌里面骨头投下的阴影。但是,因为光线在经过骨头的过程中被散射向各个方向,所以阴影被模糊掉了。”

这种技术的目标就是用感应器截获被隐藏的物体散射的光线,并通过算法把隐藏物体的形象还原出来。怎样做到这一点?这份研究利用了一种人工合成的激光,带有特定的波长,感应器分析被散射的激光,能够还原出隐藏物体的全息影像。

这份研究介绍说,他们的技术空间精确度很高,可以精确到亚毫米的范围,这意味着可以清晰成像皮肤下面的最细小的毛细血管。而且,这种技术成像的速度也非常快,可以看到障碍物后面快速移动的物体。比如可以透过胸腔看到跳动的心脏、街道转角另一侧飞驰的汽车等。

“这项技术开启了成像领域的新时代,”威洛米策说,“我们目前设计的设备雏形使用的是可见光和红外光,但是从理论上说,此技术是通用的,可以扩展到其它波长。比如,在太空领域可以改用无线电波;在水下可以使用声波。它可以应用到很多领域,这份研究所展示的只是它最浅层的应用。”

威洛米策说,比如人们在浓雾弥漫、弯曲的山路上驾车的时候,这项技术可以帮助司机看到弯路后面驶来的汽车、或从山林中蹦出来的动物,避免车祸。

在医疗领域,这项技术将可以代替内窥镜进行医疗成像。利用合成光波可以探查肠道各种细小的弯道,无需要使用侵入式的镜头,避免患者感到不适。

另外一些工业设备只有在运行的时候才能观察到它们存在的问题,这也是现在内窥镜无法办到的。“如果一个涡轮机有问题,现在一般用内窥镜检查,”威洛米策说,“但是一些毛病只有在运行的时候才看的出来。这时候就无法用内窥镜检查。而我们的感应器就能观察运行状态下涡轮内部小到1毫米的结构。”

这份研究2021年11月17日发表于《自然·通讯》(Nature Communications)期刊。◇

责任编辑:叶紫微

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