科學家開發了一種功能強大的全息照相機（Holographic Camera），不僅可以看穿幾乎所有東西，而且視域範圍比人類更廣。
圖源 | northwestern.edu & dailymail
這臺全息照相機由美國西北大學的研究人員製造，使用了一種全新的技術——合成波長全息術（synthetic wavelength holography），簡單來說就是將兩種不同頻率的光合成為一束低頻的合成光波，再結合全息照相技術，將人眼看不到的物體在全息照相機上三維成像。
研究團隊表示，這項技術距離商業化還有大約十年的時間。但一旦實現，這項技術的應用非常廣泛，比如汽車、閉路電視,甚至可以用作醫療掃描器。例如在結腸鏡檢查中，全息照相機可以代替內窺鏡，不僅能觀察腸道內的皺褶，還不用伸進體內。
01 解決“看不到”和“看不穿”等問題
1、汽車頂上的全息照相機內建的感測器會發出一道合成光波；
2、光波會傳到正對著的牆上的虛擬探測器（Virtual Detector）上，同時也會散射到街道的另一邊；
3、當街道的另一邊出現隱秘的物體或生物時，物體或生物會將合成光波經由虛擬探測器傳回全息照相機；
4、全息照相機內建的人工智慧裝置將隱秘的物體進行三維成像；
5、透過全息照相機，司機可以在拐彎前看到拐角處的人或者物體。
這是一個相對較新的研究領域，稱為非視域成像（non-line-of-sight imaging，縮寫為NLoS），指利用光電成像儀器，給人眼看不到的場景“拍照”成像的技術。
該技術最大的問題在於最終成像的解析度較低、視域較小、所需探測器體積較大以及處理的時間較長，實際上無法在交通領域使用。
但全息照相機改善了這些問題，且精度可以達到亞毫米級，這意味著全息照相機甚至可以看到最小的毛細血管的工作情況，這在無創醫學成像方面具有較大的潛力。
全息照相機還擁有較高的解析度，使得其也能對快速運動的物體進行成像，比如捕捉街道拐角處超速行駛的汽車和胸腔內跳動的心臟。
表面上看，捕捉街道拐角處的汽車和看到跳動的心臟沒有什麼聯絡。但該研究的第一作者、西北大學的弗洛裡安·威洛米澤（Florian Willomitzer）解釋道，這兩者其實聯絡很緊密，都涉及散射。
“如果你用手電筒對著手掌照射，你能看清手掌的骨骼結構嗎？不能，因為光波穿過手掌時會在組織內向各個方向散射，最後形成一道模糊的陰影，”威洛米澤表示，“但如果我們能攔截這些散射的光波，並且捕捉到透過物體的整個光場，再結合人工智慧技術，就可以完整地重建物體的三維檢視。”
02 把牆壁變成鏡子
由於光只能在直線路徑上傳播，所以全息照相機的使用前提是必須有一個不透明的屏障（如牆或灌木），並在屏障上安裝虛擬探測器。例如，合成光波從汽車頂上的感測器射出，經由牆上的虛擬探測器傳到拐角處的物體。然後，光線反射回牆上，並最終返回到感測器中。
在這個過程中，牆體彷彿一面鏡子，司機透過牆體這面“鏡子”看到拐角處有物體。如果在事故高發地段的牆體上安裝虛擬探測器，配合全息照相機的使用能大幅降低事故發生率。
“尤其是在霧天和夜晚，這些散射更易發生的場景下，全息照相機能發揮更大的作用。”威洛米澤補充道。
除了交通和臨床，全息照相機還能應用在工業上，例如在工業裝置執行時對其內部進行成像。
“比如你想檢查一臺渦輪機的內部是否存在缺陷，你也許會想用內窺鏡，”威洛米澤說，“但如果這臺渦輪機只有在執行時才會出現問題，你就會陷入尷尬的局面，因為執行時你無法使用內窺鏡，但全息照相機不用伸進機器內，所以機器執行的同時你也可以看到機器的內部執行情況。”
對於合成波長全息術，研究團隊表示目前還處於研究的初級階段，如果能進行到更深的層次，這項技術也許能在空間探索和水下成像上發揮更廣闊的用途。
“也許我們還需要十年的時間，或許更久，但這一天遲早會來臨的！”威洛米澤表示。
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參考資訊
[1]https://www.msn.com/en-us/news/technology/holographic-camera-is-developed-that-can-see-through-almost-anything/ar-AAQUKyO
[2]https://baijiahao.baidu.com/s?id=1716738320702693912&wfr=spider&for=pc
[3]https://www.mccormick.northwestern.edu/news/articles/2021/11/new-holographic-camera-sees-the-unseen-with-high-precision/
