光线的自然噪声干扰能够显示掩藏在烟雾中的目标位置

美国的物理学家开发出一种简单的光学技术用于追踪模糊或隐蔽的目标。该方法使用随机光信号来检测被烟雾、云彩或其他散射介质所遮蔽的移动目标。研究者们称这种技术不仅能够用于军用和民用监控领域，以此克服微波雷达和激光雷达的局限性，也能够应用于生物医学领域中。

移动物体的远程追踪在军用和民用监控领域已经有了广泛应用。例如，微波雷达和激光雷达，能够传输电磁波——其中微波雷达使用微波信号，激光雷达使用紫外光、可见光或近红外光进行传播——并分析物体反射回来的电磁波。

尽管雷达是一种强大的工具，但是在雷达天线和物体之间不能有障碍物，在电磁波被云彩、雨水和烟雾等散射的情况下，雷达的探测能力将被大大削弱。尽管可以通过多次成像来追踪被遮蔽的物体，但这需要复杂的设备和数据处理。如果这些由各种干扰造成的散射效应增强，那么这种技术的追踪效果也会变差甚至追踪失败。

出现这种问题的部分原因是因为传统的技术对追踪被遮蔽的目标需要依赖于一个特定频率下的规则波脉冲或者一些确定频率信号的组合。来自美国中佛罗里达大学的研究团队成员Aristide Dogariu称：“如果有一个规则的信号，其中一些性质是确定的，将信号通过一些干扰，它就会被损坏——这或多或少取决于干扰的强度。”

已经被破坏的信号不会再次被破坏

为了解决这个问题，美国中佛罗里达大学的Dogariu和Milad Akhlaghi尝试了另一种解决方法。在他们发表在《光学设计》（Optica）上的最新研究中，介绍了一项使用随机光信号，或者说是“噪声”光信号追踪被散射媒介所遮掩的移动目标的技术。这种尝试能够成功是因为，尽管噪声光信号在通过干扰时已被破坏，它的平均性质还是比规则信号更稳定。Dogariu称：“已经被破坏的信号不会轻易地被再次破坏。”

Dogariu和Akhlaghi开发了一种统计方法，使得他们能够在光波频率上区分从移动的目标上反射回来并被散射介质所散射的光波动。但是，这种方法只在目标和散射介质以不同的速度运动的情况下适用，这意味着他们会分别返回一个不同的光谱组合。

Dogariu解释称：“当你得到了光强变化，就可以得出这些波动的光源光谱，然后你能够在这个光谱中寻找不同的频带。这个操作能够实时进行，因为不需要复杂的计算——这仅仅是一个光源光谱分析。”

研究人员对这个研究思路进行了测试，他们将一个小物体放置在一个树脂玻璃盒子中，盒子表面有一层成分为合成丙烯酸树脂的散射涂层。然后他们用一次光源将一束相干光照射在一个散射盒壁上，在盒子内部制造出一个二次光源。光束散射到物体上并且产生了更多的随机性，再穿过丙烯酸盒壁返回，紧接着通过一个装有光电倍增管的管子，再由光电探测器检测光信号。通过对信号进行统计学分析，研究人员们能够追踪到物体完整的三维轨迹。这是一种对从散射盒子外部任何位置获取的信号进行的有效测量方式。

进一步的细节

这种技术不能提供被追踪物体的详细信息，只能得到物体运动的方向和速率，以及基于物体反射信号的强弱得到的物体的大致形状。正如Dogariu所解释的，想要知道更多关于物体的信息，则需要更昂贵和复杂的测试，他补充说道：“这仅仅是一种检测（物体）是否移动以及移动方向的简单方法。”

研究人员们目前正计划在现实的户外环境中进行测试，并补充道，尽管他们在光学波段验证了这种检测技术，但是这种方法应该也适用于声音信号和微波信号。他们还正在探索这项技术应用在生物医学上的可能性。

关于作者

Michael Allen是英国布里斯托尔的一名科学作家。

来源： http://physicsworld.com/cws/article/news/2017/apr/25/seeing-through-fog-using-noisy-light

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