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新型全息成像既能前瞻轉角也能透視人體

美國西北大學(Northwestern University)的研究人員發明了一種成像技術,不僅能看到轉角後面的景象,還能透視皮膚、濃霧,甚至人類的頭骨。

看到轉角後面的物體和透視人體聽上去像是不同的情形,但是這份研究的第一作者弗洛里安·威洛米策(Florian Willomitzer)說,利用他們這項技術都能實現。

他們的技術利用一種特殊的、人工合成的激光,照射到障礙物的表面,比如轉角的牆壁,皮膚,從這個表面散射的激光再抵達要成像的隱藏物體,比如轉角另一邊原本看不見的物體、或是皮膚下面的器官,最後激光再從目標成像的物體散射返回到探測器。探測器利用特殊的算法,還原隱藏物體的三維全息影像(holograph)。

威洛米策說:「如果你曾經把手電筒照在自己的手掌上,你就有過這樣的經歷。你會看到手掌的另一面有一塊亮斑。理論上說,應該可以看到手掌裏面骨頭投下的陰影。但是,因為光線在經過骨頭的過程中被散射向各個方向,所以陰影被模糊掉了。」

這種技術的目標就是用感應器截獲被隱藏的物體散射的光線,並通過算法把隱藏物體的形象還原出來。怎樣做到這一點?這份研究利用了一種人工合成的激光,帶有特定的波長,感應器分析被散射的激光,能夠還原出隱藏物體的全息影像。

這份研究介紹說,他們的技術空間精確度很高,可以精確到亞毫米的範圍,這意味着可以清晰成像皮膚下面的最細小的毛細血管。而且,這種技術成像的速度也非常快,可以看到障礙物後面快速移動的物體。比如可以透過胸腔看到跳動的心臟、街道轉角另一側飛馳的汽車等。

「這項技術開啟了成像領域的新時代,」威洛米策說,「我們目前設計的設備雛形使用的是可見光和紅外光,但是從理論上說,此技術是通用的,可以擴展到其它波長。比如,在太空領域可以改用無線電波;在水下可以使用聲波。它可以應用到很多領域,這份研究所展示的只是它最淺層的應用。」

威洛米策說,比如人們在濃霧瀰漫、彎曲的山路上駕車的時候,這項技術可以幫助司機看到彎路後面駛來的汽車、或從山林中蹦出來的動物,避免車禍。

在醫療領域,這項技術將可以代替內窺鏡進行醫療成像。利用合成光波可以探查腸道各種細小的彎道,無需要使用侵入式的鏡頭,避免患者感到不適。

另外一些工業設備只有在運行的時候才能觀察到它們存在的問題,這也是現在內窺鏡無法辦到的。「如果一個渦輪機有問題,現在一般用內窺鏡檢查,」威洛米策說,「但是一些毛病只有在運行的時候才看的出來。這時候就無法用內窺鏡檢查。而我們的感應器就能觀察運行狀態下渦輪內部小到1毫米的結構。」

這份研究2021年11月17日發表於《自然·通訊》(Nature Communications)期刊。◇

責任編輯: 夏雨荷  來源:大紀元記者高文森編譯報導 轉載請註明作者、出處並保持完整。

本文網址:https://hk.aboluowang.com/2022/0115/1695922.html

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