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飞秒成像:拐角也能拍照

2018-01-02安歌

科学之谜 2018年10期
关键词:光点拐角飞秒

安歌

在生活中,你有没有发现照相机只能抓拍相机镜头之内的事物,对于拐角这样的隐蔽角落,相机却根本“无从下手”,而飞秒成像技术却能让相机看到拐角里的人。

飞秒,又叫毫微微秒,1飞秒等于1的负15次方秒。飞秒成像技术是指相机发出飞秒级的激光,每1飞秒拍摄一张图片,这意味着在1秒的时间里,飞秒照相机可以拍摄万亿张图片!

这个照相机是如何真实地重现拐角物体的呢?这个原理与雷达探测技术一样。雷达是发射电磁波,直接接收目标反射的回波,由此获得目标的方位、高度等信息。而飞秒成像技术是将多次反射、折射的激光光波进行处理而得到目标位置的一种技术。

简单说来,假设在房间的拐角放置一个模型,相机向打开的门上发射激光,撞到门上的激光会发生各个方向的散射,有些光子直接反射回相机,有些光子经过散射后撞到模型,撞到模型的光子继续散射。在多次散射后,其中可能有极个别光子会返回照相机。当然这一两个光子在图片上可能只有一个小光点。

但科学家们发射了数百万次的激光,拍摄了无数张光点图,这样无数张的图片上就会有大量的光点,因为每个光点返回相机的时间和位置都是不一样的,科学家们利用复杂的计算机算法分析光点对应模型上的哪个点,最终可以得到模型的大致轮廓。

为什么要用激光呢?这是因为激光能量高,且只要是朝一个方向散射的光子,中途就不会“散伙”。所以经过几次反射,仍然有光子可以反射回照相机,而普通光就没有这种能力了,在几次散射中,它们会在空气中散射掉,回不到照相机里。

在电影中,我们可以看到飞行战斗、刀枪不入的钢铁侠;可以看到具有超常行动速度的美国队长,而飞秒成像技术却是现实生活中能看到拐角物体的“超人”。

当生活中运用了飞秒成像技术,会发生什么呢?搭载了飞秒成像技术的车辆,也许可以轻易地看到拐角处的车,避免了碰撞的发生;消防员也可以运用飞秒成像技术发现被困在楼层里的群众,搜寻幸存者;飞秒成像技术还可用于探测隐蔽物体……

虽然飛秒成像技术目前拍摄的图像还略微模糊,但随着科学的发展,飞秒成像技术最终会给我们带来拐角物体的清晰轮廓。

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