美國(guó)康涅狄格大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)研制出一種創(chuàng)新成像系統(tǒng)，利用多個(gè)傳感器陣列

(資料圖)

美國(guó)康涅狄格大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)研制出一種創(chuàng)新成像系統(tǒng)，利用多個(gè)傳感器陣列結(jié)合計(jì)算方法，在可見(jiàn)光波段實(shí)現(xiàn)了合成孔徑成像。這種“多尺度孔徑合成成像儀”（MASI）完全擺脫了透鏡限制，克服傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)在分辨率、視場(chǎng)和結(jié)構(gòu)復(fù)雜度方面的局限。該方法或?qū)⒅匦露x科學(xué)、醫(yī)學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域的光學(xué)成像方式。相關(guān)成果發(fā)表于最新一期《自然·通訊》。

合成孔徑成像技術(shù)因應(yīng)用于事件視界望遠(yuǎn)鏡、首次直接拍攝黑洞而廣為人知。該方法通過(guò)將多個(gè)分離探測(cè)器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行相干疊加，等效構(gòu)建出一個(gè)遠(yuǎn)大于單一設(shè)備的“虛擬孔徑”。在射電天文學(xué)中，由于射電波長(zhǎng)較長(zhǎng)，多傳感器之間實(shí)現(xiàn)精確同步在技術(shù)上是可行的。但在可見(jiàn)光波段，相關(guān)尺度要小幾個(gè)數(shù)量級(jí)，傳統(tǒng)所需的同步精度在物理上幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

MASI用一組排布在不同位置的編碼傳感器取代傳統(tǒng)透鏡，捕捉原始衍射圖案，這些圖案包含了光線(xiàn)與被測(cè)物體作用后的亮度和相位信息。

MASI在成像方式上實(shí)現(xiàn)了兩項(xiàng)關(guān)鍵突破：一方面，它完全擺脫了透鏡的限制，可在數(shù)厘米的距離外直接采集物體產(chǎn)生的衍射圖樣。換句話(huà)說(shuō)，這就像是在一桌之隔的距離，能看清一根頭發(fā)上的細(xì)微紋理，而不必把眼睛湊到跟前。

另一方面，MASI通過(guò)計(jì)算方法完成不同傳感器數(shù)據(jù)的同步與融合，取代了納米級(jí)瞄準(zhǔn)的需求，構(gòu)建出遠(yuǎn)大于單個(gè)傳感器的“虛擬”合成孔徑，從而在無(wú)需透鏡的情況下實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)分辨率和寬視場(chǎng)成像。

研究人員比喻說(shuō)，這就像是多位攝影師同時(shí)拍攝同一場(chǎng)景，但拍下的不是普通照片，而是光波性質(zhì)的原始測(cè)量數(shù)據(jù)，隨后由軟件將這些獨(dú)立“拍攝”拼接成一幅超高分辨率圖像。

研究人員表示，該技術(shù)代表了光學(xué)成像領(lǐng)域的一次范式轉(zhuǎn)變，有望在醫(yī)學(xué)診斷、法醫(yī)學(xué)、工業(yè)檢測(cè)以及遙感等領(lǐng)域發(fā)揮作用。