就像漫畫(huà)一樣，斯坦福大學(xué)的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種X射線視覺(jué)，只有沒(méi)有X射線。研究人員使用類似于使自動(dòng)駕駛汽車“看到”周圍世界的硬件，研究人員通過(guò)一種高效的算法增強(qiáng)了其系統(tǒng)，該算法可以根據(jù)單個(gè)光粒子或光子的運(yùn)動(dòng)來(lái)重建三維隱藏場(chǎng)景。在9月9日發(fā)表于《自然通訊》上的一篇論文中進(jìn)行了詳細(xì)測(cè)試，該系統(tǒng)成功地重建了1英寸厚的泡沫所遮蓋的形狀。在人眼中，這就像透過(guò)墻壁看。

斯坦福大學(xué)電氣工程學(xué)助理教授，論文的高級(jí)作者戈登·韋茨斯坦說(shuō)：“許多成像技術(shù)使圖像看起來(lái)更好一些，噪點(diǎn)也少一些，但這確實(shí)是我們使看不見(jiàn)的東西可見(jiàn)的地方。” 。“這確實(shí)推動(dòng)了任何一種傳感系統(tǒng)可能實(shí)現(xiàn)的前沿。這就像超人類的視覺(jué)。”

該技術(shù)是對(duì)其他視覺(jué)系統(tǒng)的補(bǔ)充，這些視覺(jué)系統(tǒng)可以穿透微觀尺度的障礙物(用于醫(yī)學(xué)應(yīng)用)，因?yàn)樗鼘Ｗ⒂诖笮颓闆r，例如在有霧或大雨中駕駛自動(dòng)駕駛汽車以及衛(wèi)星表面的成像地球和其他行星通過(guò)朦朧的大氣層。

從散射光進(jìn)行監(jiān)督

為了看清沿各個(gè)方向散射光的環(huán)境，該系統(tǒng)將激光器與超靈敏的光子檢測(cè)器配對(duì)，該檢測(cè)器記錄擊中它的每一個(gè)激光。當(dāng)激光掃描障礙物(如泡沫壁)時(shí)，偶爾的光子將設(shè)法穿過(guò)泡沫，擊中隱藏在其后的物體，然后再通過(guò)泡沫返回檢測(cè)器。然后，受算法支持的軟件使用這幾個(gè)光子以及有關(guān)它們撞擊探測(cè)器的位置和時(shí)間的信息，以3-D形式重構(gòu)隱藏的對(duì)象。

這不是第一個(gè)具有通過(guò)散射環(huán)境顯示隱藏對(duì)象的能力的系統(tǒng)，但是它規(guī)避了與其他技術(shù)相關(guān)的限制。例如，有些需要有關(guān)感興趣對(duì)象的距離的知識(shí)。同樣常見(jiàn)的是，這些系統(tǒng)僅使用來(lái)自彈道光子的信息，這些光子是通過(guò)散射場(chǎng)往返于隱藏對(duì)象的光子，但實(shí)際上并沒(méi)有沿散射路徑傳播。

該論文的主要作者，電氣工程專業(yè)的研究生戴維·林德?tīng)栒f(shuō)：“我們希望能夠在沒(méi)有這些假設(shè)的情況下通過(guò)散射介質(zhì)成像，并收集所有散射的光子來(lái)重建圖像。” “這使我們的系統(tǒng)特別適用于彈道光子極少的大規(guī)模應(yīng)用。”

為了使他們的算法適應(yīng)散射的復(fù)雜性，研究人員不得不緊密地共同設(shè)計(jì)他們的硬件和軟件，盡管他們使用的硬件組件僅比目前在自動(dòng)駕駛汽車中所發(fā)現(xiàn)的先進(jìn)一些。根據(jù)隱藏對(duì)象的亮度，對(duì)其測(cè)試進(jìn)行掃描需要花費(fèi)一分鐘到一小時(shí)不等的時(shí)間，但是該算法可以實(shí)時(shí)重建被遮擋的場(chǎng)景，并且可以在便攜式計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。

Lindell說(shuō)：“您無(wú)法用自己的眼睛看透泡沫，甚至只是看檢測(cè)器上的光子測(cè)量結(jié)果，也看不到任何東西。” “但是，只有少數(shù)幾個(gè)光子，重建算法才能曝光這些物體-您不僅可以看到它們的外觀，還可以看到它們?cè)?-D空間中的位置。”

太空與霧

總有一天，這個(gè)系統(tǒng)的后代可以通過(guò)太空被送往其他行星和衛(wèi)星，以幫助從冰冷的云層看到更深的層和表面。在不久的將來(lái)，研究人員希望在不同的散射環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以模擬該技術(shù)可能有用的其他情況。

Lindell說(shuō)：“我們很高興能與其他類型的散射幾何一起進(jìn)一步推動(dòng)這一發(fā)展。” “因此，不僅是隱藏在厚厚材料板上的物體，而且是嵌入密集散射材料中的物體，就像看到被霧氣包圍的物體一樣。”

Lindell和Wetzstein也對(duì)這項(xiàng)工作如何代表科學(xué)與工程的跨學(xué)科交叉領(lǐng)域充滿熱情。

韋茲斯坦說(shuō)：“這些傳感系統(tǒng)是帶有激光器，檢測(cè)器和先進(jìn)算法的設(shè)備，這使它們處于硬件與物理學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)之間的跨學(xué)科研究領(lǐng)域。” “所有這些都是這項(xiàng)工作中至關(guān)重要的核心領(lǐng)域，這對(duì)我來(lái)說(shuō)是最令人興奮的。”