漫画非视域成像让视线拐弯，在1。4千米之外

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　　导读
　　从这个意义上说，非视域成像可以说是一种能够让视线拐弯的技术。
　　我们通常用的照相机、夜视仪和望远镜，都属于视域成像。
　　它们只能看到自己视线范围内的东西，没法看到视线之外的东西。
　　你可能会想，如果我在视线范围内放一个镜子，看不就可以看到视线之外的东西了吗？
　　没错，潜望镜就是这么做的。
　　非视域成像的原理有点儿像潜望镜。
　　不过，它不是靠镜子来反射物体的光线，而是靠更粗糙的平面，比如墙壁，来反射物体的光线。
　　可是，墙壁那么粗糙，就算让一束平行光线照在墙上，也会被散射得七零八落。
　　所以，如果让物体把光线反射到墙壁上，再让墙壁把光反射到相机里，结果一定是白茫茫一片，连神仙都看不出来你拍的是啥。
　　这可怎么办呢？办法是有的。
　　大部分非视域成像技术，都不会被动等待墙壁反射物体的光线，而是主动出击，向墙壁发射一束激光脉冲。
　　这束激光脉冲，会经过墙壁，照在墙后的物体上。然后，物体会把一小部分脉冲信号反射回来，再次经过墙壁后，被探测器接收。
　　也就是说，发出去的激光脉冲要经过三次漫反射，才能最终回到探测器中。
　　最后，计算机通过分析探测器接收到的脉冲延迟了多久，形状发生了何种变化，来反推墙壁后面藏着的物体是什么形状的。
　　从这个意义上说，非视域成像可以说是一种能够让视线拐弯的技术。
　　仔细一想，你可能会发现，距离越远，激光衰减就越厉害，探测误差也会越大。
　　这样的非视域成像技术，最多也只能探测几米之外的物体。
　　如此看来，这种技术就算真的投入使用，最多也就是用在近距离的场景，比如机械人视觉、医学和科研。
　　像漫画开头的那种在军事、反恐方面的远距离应用，非视域成像一时半会还无法胜任。
　　那么，真的没有其他办法了吗？
　　中国科学技术大学的潘建伟、窦贤康、徐飞虎研究组想到了一个新办法。
　　他们利用自己发展的硬件和软件，成功地把非视域成像的应用距离，延长到了1.4千米。
　　2021年3月，他们的研究论文发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。
　　你可能会觉得，不就是实验距离变远了吗？
　　这有什么难办的呢？
　　把仪器精度设置得高一点儿，再把实验数据分析得仔细一点儿，不就可以了吗？
　　哪有那么简单！
　　这可不仅仅是几千米和几米的区别，而是室外和室内的区别。
　　要知道，我们做的是一个精密光学实验。
　　科学家做这样的实验时，恨不能把实验室变成一个没有光的黑屋子。
　　只有尽可能杜绝一切干扰，光学实验才能称得上足够＂精密＂。
　　现在可好，研究组不但不能在黑屋子里做实验，还要把实验搬到户外，在明晃晃的太阳底下做实验。
　　这个时候，别说让视线拐弯了，就算想看清视线内的物体，都是不容易的事。
　　那么，在如此强烈的干扰下，研究组又是如何让视线拐弯的呢？他们的主要有六点。
　　尽管有了如此细致的准备，但近红外激光的脉冲，经过长距离的飞行，经过重重干扰，再经过三次漫反射，回到探测器以后，还是变得亲妈都不认识了。
　　虽然在每个扫描点上，近红外激光都会发出460亿亿个光子。
　　但经过三次漫反射以后，却只有674个光子能回到探测器中。
　　于是，研究组最后还有一个事情必须完成，那就是：
　　研究组做了这么多创新和努力，实际效果如何呢？
　　请看，这是探测器探测到的一组信号。
　　那么计算机程序认为这是什么呢？
　　那么它究竟是什么呢？
　　原来是一个标准的人体模型。
　　再看这个结果：
　　啥也看不出来，对吗？让我们看看计算机的结果。
　　那么它究竟是什么呢？
　　原来是一个字母H。
　　再猜猜看，这拍的是啥？
　　让计算机帮你还原（图像重建）一下。
　　原来是它！
　　这样看来，这一轮远距离非视域成像的效果还挺不错。
　　据不可靠消息，研究组还将在各种实际场景中，对这种技术进一步测试和优化，争取早日将它投入实际应用中。另外，在无人驾驶、灾害救援等民用领域，非视域成像也有广阔的应用前景，我们一起拭目以待吧～
　　End
　　作者：Sheldon
　　绘制：赏鉴、周源
　　美指：牛猫
　　排版：伟俊
　　鸣谢：徐飞虎、吴骋、刘健江
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　　参考文献： C. Wu, J. Liu, X. Huang, Z.-P. Li, C. Yu, J.-T. Ye, J. Zhang, Q. Zhang, X. Dou, V. K. Goyal, F. Xu and J.-W. Pan, Non–line-of-sight imaging over 1.43 km[J], Proc. Natl. Acad. Sci. 2021, 118, e2024468118. Faccio D, Velten A, Wetzstein G. Non-line-of-sight imaging[J]. Nature Reviews Physics, 2020, 2(6): 318-327.
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　　背景简介： 本文2021年3月6日发表于微信公众号   墨子沙龙（  漫画 | 非视域成像：让视线＂拐弯＂，在1.4千米之外  ）  ，风云之声获授权转载。 责任编辑： 陈昕悦