中科大領先國際實現遠距離非視域成像

（香港文匯網記者趙臣 合肥報道）記者今日從中國科學技術大學獲悉，該校教授潘建偉、竇賢康、徐飛虎等在國際上實驗實現了1.43公里的遠距離非視域成像，首次將成像距離從米級提高到公里級，為非視域成像技術的開拓及在實際場景中的應用開闢了新道路。該成果3月4日發表在國際學術知名期刊《美國國家科學院院刊》上。

成像是一個古老而又常新的話題，從墨子的小孔成像、伽利略的觀星望遠鏡，到現代的激光雷達、核磁共振等，各類成像技術為人類觀察世界和探索未知提供了有力工具。然而，這些傳統成像技術都是對視域內的物體進行觀測，即成像的對象必須在觀察者視線內。受限於一定範圍的視場，大量充斥在視場以外的視覺信息是傳統成像技術無法被捕捉到的。據介紹，非視域成像技術能夠對隱藏在視線外的物體進行拍照，實現「隔牆觀物」，極大地拓展了人類的成像能力。可以預見，非視域成像技術未來將在醫療檢測、智能駕駛、軍事偵察等諸多領域發揮着重要的應用價值。

據介紹，光學非視域成像的實現過程通常是將激光脈衝發射到中介牆上，利用中介牆使激光散射到被遮擋的非視域場景中，該場景中的隱藏物體再次將激光散射到中介牆上，最後被中介牆散射至接收系統。整個過程激光經歷了三次漫反射，通過記錄光量子的飛行時間信息，並利用計算成像算法可以實現對非視域場景的重構。然而，由於激光經過多次漫反射，整個光路存在巨大的衰減，使得非視域成像目前僅在實驗室內進行短距離的原理性驗證；此外，多次漫反射導致的時空信息混雜，使得成像算法成為一個科研難題。

中科大研究團隊從光學系統和重構算法同時出發，通過系統性的設計遠距離成像解決方案，發展高效率、低噪聲的非視域成像系統以及高效的成像算法，將非視域成像的距離從米級提高到公里級，相比先前的實驗結果提升了三個數量級。在光學系統方面，研究團隊基於雙望遠鏡共焦光學設計，開發了一套近紅外波長的高效率非視域成像系統，成功克服了漫反射帶來的160dB光學衰減。在算法方面，研究團隊採用凸優化算法，並結合精確的成像模型和壓縮感知等成像理論，解決了多次漫反射所導致的時空混合問題，成功實現非視域圖像重構。最終，基於成像技術和算法的突破，該項工作成功在現場環境下實現了對1.43公里外的非視域場景進行成像以及對隱藏的物體進行實時跟蹤。

這項工作為非視域成像的實用化研究開闢了一條嶄新的道路。《美國國家科學院院刊》雜誌的審稿人一致對該工作給予高度評價，稱讚「這一結果代表非視域成像領域的最佳結果」、「這項工作給我留下了深刻的印象，因為它使整個非視域成像領域在實際環境中的應用邁出了一大步」。