新技术凭借头发般细的光纤即可远程3D成像，可达视频速率

2021-12-13 15:06

近日，格拉斯哥大学光学小组领导的一个国际科学家团队宣布开发出了一项新的成像技术。基于这种技术，科学家们仅通过人类头发宽度的光纤，就能以视频速率进行3D成像。他们表示，这样的突破，将有望于改变成像在工业检查和环境监测中的广泛应用。

格拉斯哥大学皇家学会研究教授、英国量子增强成像中心QuantIC的首席研究员迈尔斯·帕吉特（Miles Padgett）教授表示：“在内窥镜和boroscopy等应用中，成像传统上是通过使用一束光纤来实现的，一根光纤代表图像中的每个像素，从而产生一根手指厚度的设备。”

“作为一种替代方案，我们正在开发一种新技术，通过人类头发宽度的单一纤维进行成像。我们的目标是创建新一代单光纤成像设备，可以产生远程场景的3D图像。”

通常情况下，当光线通过一根光纤时，模式之间的串扰会干扰光线，使图像无法识别。

为了解决这个问题，该团队使用了先进的光束整形技术，将输入的激光光束“塑形”到光纤上，在输出端创建一个单一的点。然后，这一光点会扫描整个场景，系统会测量背向散射光进入另一根光纤的强度，从而给出图像中每个像素的亮度。

通过使用脉冲激光器，他们还可以测量光的飞行时间，从而测量图像中每个像素的范围。这些3D图像可以在距离光纤端几十毫米到几米的距离被记录下来，并且具有毫米距离分辨率和足够高的帧率来感知接近视频质量的运动。

该原型系统以5hz的频率，通过40厘米长的光纤传输图像，每一帧包含大约4000个独立可分辨特征，深度分辨率约为5毫米。

目前，多模光纤在校准后必须保持固定位置。而未来该团队的研究将着眼于减少校准时间和管理弯曲光纤的动态特性。该团队的目标是与业界合作，在未来10年内将这项研究发展为能够真正功能性落地的技术。

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