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澳门新濠影汇科学网—麻省理工科学家研制飞秒

2020-04-21 05:24

麻省理工科学家研制飞秒激光照相机可侧面取像 在生物成像、探测和搜救领域具广泛应用

X射线“鬼成像”或能减少辐射剂量 或可用于探测管道泄漏和医学成像

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据美国物理学家组织网11月17日报道,美国麻省理工科学家最近研制出一种照相机,能拍摄到来自非正面的目标。这种照相机安装了一个飞秒激光器,当其发出的极短暂光脉冲被某个物体反射后,可在光线返回之前拍摄第二个目标图像,然后利用数学算法将这些像素信息重建,就能获得那些隐蔽景物的图像。

一种开展X射线检查的新方法或能更加廉价和无害。

激光照相机由麻省理工教授拉瑞马斯:瑞斯卡及其研究小组设计,称为“飞秒瞬间成像系统”(femtosecond transient imaging system)。这种相机能在极短时间内捕获光线,大约是千万亿分之一秒。他解释说,通过不断收集光线,计算每个像素到达照相机的时间和距离,就能按照所处环境生成一种“三维实时图像”。

图片来源:DAVID MACK/SCIENCE SOURCE

澳门新濠影汇,“这就像不用X射线却有了X射线般的眼睛,”瑞斯卡说,“我们将围绕着目标,而不是通过它。”

仅靠自己,单像素相机捕捉的是极其单调的画面:完全是黑色、白色或者两者间带些灰色阴影的方块。毕竟,它所能做的就是探测亮度。

这种相机目前仍处于早期研发阶段,研究人员正在探究如何精确合成更复杂的图像。该相机系统将有广泛的应用,比如用于搜救任务,在垮塌或失火建筑中寻找幸存者,也能避免汽车在隐蔽拐角处相撞,在工业上还可用于机械探测以检查隐蔽物体。此外,它和生物医学图像也有相似之处,可让医生用内窥镜观察身体内部被遮住的区域,便携式的内窥镜成像系统再过两年就可能出现。

然而,通过将单像素相机同模式化光源连接,一个来自中国的物理学家团队利用一种被称为“鬼成像”的技术产生了详细的X射线图像。这种针对红外和可见光的技术首创于20年前。研究人员表示,该系统的未来版本或能利用廉价相机——无需镜头和多像素探测器——拍摄清晰的X射线图片。同时,和传统技术相比,其产生的致癌辐射更少。

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“我们的系统小巧、廉价很多。它甚至可以是便携式的,如果你需要将其带到野外的话。”中国科学院的一名物理学家Wu Ling-An表示。她和同事在日前出版的《光学设计》杂志上报告了这一成果。

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研究人员开发的上述系统仍无法被用于医学领域。不过,曾在2015年产生最早一批X射线“鬼像”的Daniele Pelliccia介绍说,和此前的尝试相比,此次科学家成功地将X射线剂量降为原来的100万分之一左右。Pelliccia是位于澳大利亚墨尔本附近的光学初创公司——“仪器和数据工具”的物理学家。他利用了被称为同步加速器、规模和建筑物相当的密集X射线源,但Wu团队利用的是紧凑的台式光源。同时,早期X射线“鬼像”是切成金属的狭缝的简单图片,而中国团队产生的是蚀刻成金属板的贝壳和首字母的轮廓。Pelliccia表示,他们让“图像看起来像图像。如果它适用于医学成像,那么潜在的回报是巨大的”。

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