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探测迷雾中的运动物体

普拉奇·帕特尔(  发表于 2018年09月17日

无线电雷达和激光雷达都能对可视范围之外的物体进行探测。但是,雾雨烟尘能使光线和无线电波发生散射,从而导致雷达设备失效。最近,美国中佛罗里达大学(University of central Florida)的光学研究人员米拉德·阿克拉吉(Milad Akhlaghi)和亚里斯提德·多加留(Aristide Dogariu)另辟蹊径,利用散射光来追踪隐藏在模拟烟雾中的运动物体。通过分析光线散射模式的细微变化,研究人员能及时获得物体的运动方向和速度。这项今年年初发表于《光学》(Optica)杂志上的技术,有望用于改进防碰撞系统,帮助军方探测隐蔽的目标。

“追踪可视范围之外的目标是当前的热门话题,”美国斯坦福大学电气工程师戈登·韦茨斯泰因(Gordon Wetzstein,未参与此项研究)说。研究人员已经研发出了多种对不可见物体的成像技术,甚至能探测到拐角或墙壁后的目标——通过向物体发射微波或激光脉冲,并测量信号返回的时间。不过,这些技术必须使用价格高昂的仪器。

佛罗里达的研究团队提出了一种更加简单的方法,并且仅需借助廉价的低功率激光器,以及一种被称作光电倍增管(photomultiplier tube,用于记录光子照射强度)的常规光线探测器。演示时,科学家将移动目标——一张印有图案的透明薄片,放置于一个烤箱大小的磨砂树脂玻璃箱中。他们使用激光照射箱子,再利用光电倍增管记录箱子另一侧磨砂玻璃壁上的光斑图案。随着箱内目标的移动,光斑图案也会出现细微的变化。通过巧妙的数据统计分析与建模,研究人员就能利用这些光斑图案的变化特征,重建目标物体在三维空间的运动轨迹。

与雷达类似,这项新技术能定位目标,但无法提供其尺寸和形状信息,多加留解释道。虽然目前该技术只能用于一米之内的目标,但“其探测范围将来可能扩大至数千米”,他补充道。此外,由于该技术主要通过追踪记录光斑图案的变化来实现探测,所以导致了另一个局限性——无法探测静止的目标。

英国赫瑞-瓦特大学(Heriot-Watt University)的达尼埃莱·法齐(Daniele Faccio,未参与本次研究)认为,该技术提出了一种非常简单有效的方法,且仅需少量资源就能实现。不过,要证明该技术确实有效,研究人员还需将目标置于有烟雾的空间中进行探测,而不仅仅是放在一块磨砂玻璃后。


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