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終結「開車盲點」,全像攝影相機可在數毫秒內發現視覺死角物體

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美國西北大學的一支研究團隊,前日介紹了一種新穎的全像攝影相機技術,可透過重建散射光波來觀察肉眼看不到的角落,而這套系統能夠使駕駛者更快地發現汽車或行人等快速移動的目標。

對於汽機車駕駛來說,視覺盲區一直是個相當危險的困擾。美國西北大學的一支研究團隊,前日介紹了一種新穎的全像攝影相機技術,可透過重建散射光波來觀察肉眼看不到的角落,而這套系統能夠使駕駛者更快地發現汽車或行人等快速移動的目標。

終結「開車盲點」,全像攝影相機可在數毫秒內發現視覺死角物體

當光線照射到物體上時,就會發生散射。其中一些光線抵達了我們的視網膜(或相機傳感器),最終形成了我們可看到的物體。

另一方面,我們無法看到被物體遮擋的目標,而透過霧氣等散射介質亦不可行。為了化解這方面的不便,一種可行方法是利用多個物體的光散射。

NLoS 成像的 SWH 示意圖

舉個例子,將鏡子放在恰到好處的位置,我們就可以看到拐角處的物體。不過就算沒有鏡子,這個原理依然適用,只不過次要物體的散射光太多,導致我們無法輕鬆重建目標對象。

而美國西北大學研究人員使用的非視距(NLoS)成像技術方案,就可以透過主動發射光線,待其碰到物體並傳回傳感器,就能實現盲區的目標檢測。

SWH 展示實驗 / 解析度評估

但這需要借助一套特殊的演算法,才能逆推出盲區拐角處的物體圖像。此前也有類似的技術解決方案,但它們的解析度通常較低、或需要耗費大量的處理時間。

相比之下,美國西北大學的 NLoS 方案不僅快速便捷,還能夠在夜間或有霧天氣運作良好。

SWH 散射介質成像展示

為改善解析度低和運作速度過慢的問題,研究人員運用了所謂的合成波長全像攝影技術。其工作原理是將來自兩個雷射器的光波合成到一起再發射,以產生在角落附近(或其它散射介質後面)的「立體全像攝影」圖像。

主要研究者 Florian Willomitzer 表示:「如果你可以在全像攝影圖中捕捉整個物體的光場,就能夠完整重建物體的 3D 形狀。」

合成脈衝全像攝影實驗展示

與普通光波相比,合成光波能夠有效地對拐角處(或透過散射物體)的目標實施全像攝影成像。

此外這套系統不僅能夠捕捉到潛伏在大角度視野內物體的精密細節,其反應的速度也非常快,通常可控制在 46 毫秒內。

波前傳感實驗展示

透過多方面的持續改進,NLoS 方案可讓汽車及時發現快速接近的汽車或行人,較其他動輒需要耗費一個多小時來計算的早期 NLoS 系統有了巨大的改進。

Florian Willomitzer 笑稱,這項技術算是將牆壁也變成了鏡子,且能夠在夜間或有霧天氣的狀況下工作。

SWH 關鍵屬性和未來潛在應用

最後,除了車載碰撞預警系統,他們也打算將之用於改進工業和醫療行業的內視鏡技術。如此可使得鏡頭無需辛苦繞過彎曲的管道(或腸道),而是透過發射合成光、並觀察它們如何折返回來,進而實現拐角盲區的觀察。

有關這項研究的詳情,已經發表在近日出版的《自然通訊》(Nature Communications)期刊上,原標題為《Fast non-line-of-sight imaging with high-resolution and wide field of view using synthetic wavelength holography》。

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