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  受光子被墙壁和物体反弹这种特殊现象激发,来自麻省理工学院(MIT)、哈佛大学、威斯康辛大学以及莱斯大学的研究人员利用先进的光学仪器追踪反弹的光子,从而能够“看到”在拐角处到底隐藏了什么。

  一篇于8月6日发表在美国光学学会的公开期刊《光学快报》上的论文描述了这项技术。可能有一天,这项技术会被证实在救灾以及无损生物医学成像领域有着不可估量的应用价值。

  “把光子想象成碰到障碍物就会反弹的粒子——在它们遇到墙的时候会被弹开,然后沿着过道继续前进,从而拐过墙角。当这种反弹发生时,我们可以利用光子前进和反射的时间来得到物体表面几何形状的信息。” MIT的研究生,同时也是该论文的第一作者奥特克里斯特 古普塔(Otkrist Gupta)解释道。研究人员采用了先进的超高速激光器以及二维超高速扫描照相机,这两种仪器的工作频率都是每秒数万亿次。借助于这些先进仪器,研究团队每秒钟能够捕捉到数十亿张图像,通过分析光子在拐角或者穿过水瓶的运动情况,以证实利用该技术能够“看见”视线外的物体。

  超高速扫描照相机和一般的相机存在很大的差异,它利用入射光子进入相机的时间顺序进行成像。“这种类型的图像为我们计算每个光子来回反射的时间提供了很好的帮助,如果拐角附近有障碍物,光子就会更快地反射回来。” 古普塔说,“我们实际上就是在捕获并计算光子的数量。每张拍摄的图片上只有三个或者更少的光子,但是我们以很快的速度拍摄了很多的图像来合成‘扫描’图像,这些图像帮助我们以厘米级的精度确定光子行进的距离。一旦搜集到了这些数据,我们就能够推断出那个隐藏物体的基本几何形状,同时产生一个三维的图像。”

  这项技术有很多潜在的应用,其中最明显的就是应用于救灾。“例如有一个已经坍塌的房子,而你需要知道是否还有人在里边,这时我们的技术就会显得很有用处。这项技术几乎可以完美地应用于任何一种灾害中,特别是火灾。当火灾发生时,你需要知道屋里和拐角处的情况,但是在这种危险的情况下,你又不愿意冒险派营救人员进入侦察。而这项技术能够极大地降低营救人员的生命风险,” 古普塔指出。这项技术也极有可能被应用在无损生物医学成像上,让医生“看到”病人皮下组织的情况,这是研究人员现在计划研究的方向。

  古普塔预期,基于典型的开发时间表,从研发论证到最后的产品发布,这项技术至少需要五到十年时间才能够走向商用。(环球科学 译/程高峰 校/张凡)