克服近红外成像中的散射问题
近红外光是现代成像领域的主力，从医学诊断到自动驾驶传感器都离不开它。与可见光不同，近红外光能够穿透某些材料，但在穿过生物组织或雾等复杂介质时仍会发生散射。这种散射会导致光子偏离路径，从而产生模糊或无法使用的图像。传统解决方案依赖昂贵且特殊的探测器，限制了其普及性。
罗切斯特大学的研究人员推出了一种新型成像系统，同时解决了成本和清晰度问题。通过使用廉价的硅基探测器和一种称为时间门控的技术，该系统可实时将近红外光转换为可见光，在散射环境中产生更清晰的图像。这项研究成果发表在《自然通讯》上，代表着向低成本、高性能成像迈出的重要一步。
时间门控原理
时间门控的作用类似于相机快门，但并非机械机构，而是利用超快光脉冲来控制光子的通过。第一作者杨旭解释说：“在传统相机中，快门是机械的——当它打开时，光线进入，当它关闭时，光线被阻挡。在这种情况下，我们用光来控制光。”
门控层是一层由氧化铟锡（ITO）制成的薄膜。当近红外光子在门控开启时击中薄膜，就会被转换为可见光，然后由标准硅探测器捕获。门控开启时间仅约一皮秒——即光传播一个句号长度所需的时间。这种超快门控能有效滤除较晚到达的散射光子，保留携带清晰图像的弹道光（非散射光）。
相比现有系统的优势
目前的近红外成像系统通常依赖由铟镓砷等特殊材料制成的探测器，这些材料成本高昂且不易获得。罗切斯特大学的系统利用了硅，这种材料在普通电子产品中广泛使用，从而大幅降低了成本。此外，时间门控方法提高了散射介质中的图像质量，这是传统近红外系统一直面临的挑战。
该技术在罗伯特·博伊德（William F. Krupke光学杰出教授）的实验室中经过十多年的改进。团队的坚持带来了一个可适用于各种应用的实际实施方案。
潜在应用
能够清晰透视深层组织的能力可增强医学成像，有助于在无创情况下检测肿瘤或其他异常。在自动驾驶领域，该系统可帮助车辆在雾中导航，提高安全性。其他潜在用途包括环境监测、安检和工业检测，在这些领域，透视遮挡物至关重要。
未来方向
研究人员目前正在探索进一步优化系统的方法，例如增大视场和提高转换效率。他们还计划在现实场景中测试该技术，从实验室演示走向实际部署。凭借其低成本和卓越性能，这种时间门控技术有望很快成为散射挑战下成像应用的标准工具。
本文基于Phys.org的报道。阅读原文。
Originally published on phys.org
