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超分辨率主动热探测技术让一切微型和隐形物体无所遁形

2019-12-28 14:28:32

  热辐射及其固有的超线性可作为一种通用的探测方式,适用于显微镜、雷达(RADAR)、激光雷达(LiDAR)等应用。

  据麦姆斯咨询报道,韩国基础科学研究所(IBS)软物质与生命材料中心的研究人员发现,由探测光束导致的物体温度升高可以作为一种信号用来探测物体。值得注意的是,这种被称为“主动热探测”的技术,能够实现对任意尺寸物体的超分辨率成像。

  无论是人们使用闪关灯搜寻地上丢失的钥匙、蝙蝠在夜间飞行时发现障碍物,还是汽车雷达定位道路周围的其他汽车,它们探测的原理完全相同,即通过向前发射波束(光波、声波或者电磁波),遇到物体后反射波将相关信息带回探测器。这也是为什么隐形飞机能够逃脱雷达的原因:通过吸收雷达的发射波能量,雷达接收不到反射信号,飞机就实现了“不可见”。吸收的能量被转换成了热量,迄今为止大家都认为这种热量是“无用”的,只是增加了目标的温度而已。

  然而,韩国基础科学研究所(IBS)研究人员发现,由探测光束导致的物体温度升高可以作为一种信号用来探测物体。值得注意的是,这种被称为“主动热探测”的技术,能够实现对任意尺寸物体的超分辨率成像,而传统技术的应用仅限于显微技术。超分辨率意味着可以揭示图像的细微细节,从而有可能让之前隐形的物体(飞机)原形毕露。该研究的第二作者Francois Amblard说:“还没有人尝试使用热辐射来实现超分辨率,即便该信号是如此明显,令人无法忽视。因而,我们第一个提出了这种看似简单的想法:利用它们明显的热辐射信号来探测物体。”

  当物体被探测光束照射时,如果能量足够致使其温度发生跳跃时,它的热辐射就会飙升。实际上,在日常生活中有许多应用都利用了这种温度飙升的现象,例如在机场管制处筛查发烧的旅客。当物体温度升高时,它会发出强烈的热辐射。研究人员从理论上验证了热辐射的超线性。他们对被加热物体辐射的光子数量进行了精确量化,结果表明即使温度略微升高也会导致光子发射量发生巨大变化。此效应,结合主动加热和探测方案,可以实现超高分辨率的物体探测。

  图1:扫描照射、热响应和超分辨率因子。(a)聚焦扫描能量源照射两个待测物体,其尺寸大于物体或物体间的距离;(b)相比对照射的线性响应,由扫描照射和物体加热产生的热响应在空间上被压缩。。

  此外,如果温度足够高,则可以任意提高超分辨率因子。该研究的第一作者Guillaume Graciani解释说:“我们的理论预测,可以将辐射空间轮廓任意缩小,从而改善对物体的定位,甚至在原理上可以达到任意大的超分辨率。人们希望能够更好地分辨两个相邻的目标,或者更好地检测目标的形状。”

  超分辨率技术使我们能够看到以前看不见的东西,但截至目前该技术的魅力仅发挥在显微技术上。值得一提的是,这项研究提出了将热辐射及其固有的超线性特性,可作为超分辨率物体探测的通用方法,适用于从微观成像到飞行物体(如飞机)的任意尺度范围。主动热探测还可以应用在无损检测的热成像、无人驾驶汽车的激光雷达(LiDAR)和雷达技术(Radar)技术、隐形物体的中/远程探测等方面。它也为最新的热探测器,如超导纳米线单光子探测器或碲镉汞(HgCdTe)雪崩光电二极管,开辟了新的应用领域。最后,可以设计新型的热探头,用于超分辨率热探测或微观成像。返回搜狐,查看更多