以色列穿墙透视仪能在100米外“隔墙透视”,我国的非视域成像技术能在1430米外精准隔墙成像,并且已实现超过201.5公里远距离单光子三维成像,就算是雾霾天气也能在45公里外清晰地看到一栋大楼,这在全球都是首创。现代战场千里眼、顺风耳早已实现,穿墙术时代也来临了。

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以色列军工企业CAMERO公司研发的远距离穿墙感知系统,听着挺厉害的,其实是利用超宽频感知技术,能在100米外实现隔墙透视。这家公司已经生产了Xaver100、400和800型号手持雷达,目前最新型号就是Xaver1000。通过AI和3D感应技术,侦测墙后人类的活动,为军队提供重要资讯。

这种穿墙感应技术用的是超宽频技术,发射超宽带无线信号,根据信号的反射情况来绘制内部环境的3D模拟图像,然后在屏幕上投射出墙后面隐藏物的三维图像,与超频音响所产生的图像类似。这种设备有超强的墙体穿透力,先进的绘图跟踪能力,并且能对移动物体进行追踪。

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超宽频技术和“穿墙雷达”有很多类似的地方,就是利用S波段以下雷达电磁波信号覆盖侦察区域,这种电磁波能穿透钢筋水泥混凝土,电磁波照到人后,人员的运动、呼吸、心跳等会被电磁波携带并反射回来,通过特殊的计算就能判断是否有人,并能检测生理和活动状态。美军在伊拉克战争城市作战中已经使用过,在救灾中也能用。

显微镜为了看到更小;望远镜为了看得更远;X光成像为了看得更透。它们的共同点是直接看就完了,不用计算,所以是传统光学成像。而中科大潘院士和他的团队,在非视域成像首次实现了成像距离从米级提高到公里级,目前最远距离为1.43公里,这比以色列的100米距离远多了。

传统成像技术是对视域内的物体进行观测,说白了就是要能看得到才能观察。而非视域成像技术则能够对隐藏在视线外的物体进行观察,说白了就是隔墙观物或视线拐弯,就算我不能直接看到,但是能通过设备计算出来里面到底有个啥。这在军事、科技、医学等领域能大显神通啊。
非视域成像在短距离内可以勉强实现,一旦距离超过百米、千米之后就显得难以逾越了,因为随着背景噪声的增加、光学发散和信号强度的减弱,导致观测越来越难,散射漫射光子数量非常少,肉眼不能察觉。激光要经过多次的漫反射和障碍物的阻碍,整个光路有很大的衰减和干扰,时空信息紊乱且复杂,巧妙的算法是关键。
这种厉害的成像系统首先要把激光脉冲发射过去,然后激光通过墙体或窗户后在里面发生散射,需要观察的事物会被散射的激光再次反射到墙体上,最后被墙体散射到接收系统,整个过程经历了3次漫反射。接收器这边也没闲着,要赶紧计算光量子的飞行时间,然后用成像算法可以实现对非视域场景的重构。国外也有类似技术,但是在实验室中,我国已经突破1公里了。
这项技术的关键是采用凸优化算法,利用精准的成像模型、压缩感知成像理论,从新的光学系统和重构算法出发,开发一套近红外波长的高效率非视域成像系统,就样就能避免漫反射引发的160分贝光学衰减,和多次漫反射所导致的时空混合难题,这也是国外梦寐以求的技术。
中科大潘院士团队,远距离单光子三维成像技术突破了200公里,在全球范围内首次将成像距离从10公里突破到201.5公里,相当于国外还在探索火枪时,我们已经用导弹了。远距离目标识别、对地观测、军事领域有极大的促进作用。
单光子成像雷达能对目标进行高精度三维成像,比传统的激光雷达具有更高的探测灵敏度和皮秒级时间分辨率,是远距离光学成像的最有效的方法。这项核心技术的关键是单像素、单光子成像算法。在三年前我们就实现了45公里的单光子三维成像技术,这比英国哈利瓦特大学保持的10公里记录远得多,后来我们最远距离已经达到201.5公里。
单光子雷达系统已经进行多次实验,在新疆的高山上对200公里外的多个目标进行三维成像,用的就是单光子计算成像算法,最后实验大获成功,成像灵敏度达到单像素单光子水平,达到平均每个像素0.4个信号光子。这是在远距离单光子成像中的一次壮举,让我们看的更远看的更清楚。
利用这项技术,能拍摄60公里外的1栋大楼,普通光学设备可能啥也看不清,但是用单光子雷达就能看清楚有几层,有多少窗户等信息。用的就是亚像素扫描技术,进行厘米级光斑移动探测目标,多次移动后就能算出大面积光斑内的内容,还能看清人类姿态等内容。如果有大雾、雾霾也能观测45公里内的目标,这以后肯定要用在卫星上,就算大雾也能清晰看到地面或海面情况。