隔墙观物！中国科学家实现远距离非视域成像
解放日报·上观新闻报道：中国科学技术大学潘建伟、窦贤康、徐飞虎等实验实现了1.43公里的远距离非视域成像，首次将成像距离从米级提高到公里级，为非视域成像技术的开拓及在实际场景中的应用开辟了新道路。该成果于日前发表在国际知名学术期刊《美国国家科学院院刊》上。
成像是一个古老而又常新的话题，从墨子的小孔成像、伽利略的观星望远镜，到现代的激光雷达、核磁共振等，各类成像技术为人类观察世界和探索未知提供了有力工具。然而，这些传统成像技术都是对视域内的物体进行观测，即成像的对象必须在观察者视线内。受限于一定范围的视场，大量充斥在视场以外的视觉信息是传统成像技术无法被捕捉到的。非视域成像技术能够对隐藏在视线外的物体进行拍照，实现“隔墙观物”，极大地拓展了人类的成像能力。可以预见，在不远的未来，非视域成像技术将在医疗检测、智能驾驶、军事侦察等诸多领域发挥着重要的应用价值。
远距离非视域成像实验装置图：A.现场实验拓扑，B.光学系统，C.隐藏场景示意，D. 实验装置实物，E. 隐藏场景远景，F. 隐藏场景近景，G.隐藏场景实物。
光学非视域成像的实现过程通常是将激光脉冲发射到中介墙上，利用中介墙使激光散射到被遮挡的非视域场景中，该场景中的隐藏物体再次将激光散射到中介墙上，最后被中介墙散射至接收系统。整个过程激光经历了三次漫反射，通过记录光量子的飞行时间信息，并利用计算成像算法可以实现对非视域场景的重构。然而，由于激光经过多次漫反射，整个光路存在巨大的衰减，使得非视域成像目前仅在实验室内进行短距离的原理性验证；此外，多次漫反射导致的时空信息混杂，使得成像算法成为一个难题。
在该项工作中，研究团队从光学系统和重构算法同时出发，通过系统性地设计远距离成像解决方案，发展高效率、低噪声的非视域成像系统以及高效的成像算法，将非视域成像的距离从米级提高到公里级，相比先前的实验结果提升了三个数量级。基于成像技术和算法的突破，该项工作成功在现场环境下实现了对1.43公里外的非视域场景进行成像，以及对隐藏的物体进行实时跟踪。
非视域成像实验结果图：A.原始实验数据，B.算法重构结果。
这项工作为非视域成像的实用化研究开辟了一条崭新的道路。《美国国家科学院院刊》的审稿人一致对该工作给予高度评价，称赞“这一结果代表非视域成像领域的最佳结果”“这项工作给我留下了深刻的印象，因为它使整个非视域成像领域在实际环境中的应用迈出了一大步”。