|
異向介質(zhì)材料（metamaterials）具有自然界中的材料所不具備的特性，其結(jié)構(gòu)都是經(jīng)過特殊的人工設(shè)計(jì)，有精確的形狀、大小、排列規(guī)律和方向，可以用一種非常規(guī)的方式影響聲波或光波。比如，異向介質(zhì)材料可以將光波“隱形”，還可以彎曲聲波來，作為高噪聲市區(qū)的降噪系統(tǒng)。而現(xiàn)在，美國杜克大學(xué)的研究者們利用異向介質(zhì)材料的光波長泄露特性做出了一個(gè)具有新功能的器件：微波成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以在拍攝的同時(shí)對(duì)圖像進(jìn)行壓縮，而不是像我們所使用的數(shù)碼相機(jī)和手機(jī)一樣只能在拍攝之后進(jìn)行處理。 數(shù)碼相機(jī)中圖片的每個(gè)像素相當(dāng)于相機(jī)里的傳感器所記錄的一個(gè)像素的信息。傳統(tǒng)的數(shù)碼相機(jī)在收集了場景內(nèi)所有光強(qiáng)度的信息后會(huì)利用算法丟棄一些數(shù)據(jù)，然后壓縮成JPEG文件（除非你特意指定存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)）。這樣得到的圖像質(zhì)量也不差，因?yàn)閬G棄掉數(shù)據(jù)大多都是冗余的。 而壓縮傳感旨在通過減少最初拍攝時(shí)收集的數(shù)據(jù)量來簡化這個(gè)過程。其中一個(gè)方法就是2006年問世的單像素相機(jī)。這種設(shè)備利用隨機(jī)模式為圖像周圍的像素獲取信息，從本質(zhì)上說，就是同時(shí)增加一些像素塊的光強(qiáng)度值。如果你預(yù)先知道該圖像的結(jié)構(gòu)等信息，例如黑暗的天空對(duì)應(yīng)著明亮的星群，你就可以用比傳統(tǒng)相機(jī)更少的測量值來獲取整個(gè)圖像的信息。 
異向介質(zhì)材料就是新型微波成像系統(tǒng)的“光圈” 然后，我們利用算法就可以將收集到的這組測量值與已經(jīng)獲得的的場景信息相結(jié)合，這樣電腦就能從大量可能的重建畫面中得到那張實(shí)際圖像，而這只基于一小組測量值。現(xiàn)在，來自美國杜克大學(xué)的約翰•亨特（John Hunt）和他的同事們已經(jīng)建立了一個(gè)全新的微波圖像壓縮系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用了一種特殊的異向介質(zhì)材料，并沒有使用透鏡或者反光鏡，而是通過一種輻射模式來取景。使用這個(gè)新系統(tǒng)，研究者僅用10個(gè)測量值，就得到400個(gè)像素的數(shù)據(jù)（即壓縮比為40:1）。 其工作原理是：微波穿過異向介質(zhì)材料做成的薄帶，內(nèi)有精密設(shè)計(jì)的用塑料隔開的金屬線圈。射線沿著40厘米的路徑從異向介質(zhì)材料里特殊的線圈中泄露出來，然后這些波相互干涉，這種模式的光波射到物體時(shí)，會(huì)在其表面反射，回到原始的異向介質(zhì)材料附近的檢測器里。檢測器通過結(jié)合散射光束的強(qiáng)度和離開線圈后的波形來識(shí)別場景信息，即使這只捕捉到了進(jìn)入材料的一小部分光，但已經(jīng)足夠了。 研究者通過發(fā)射不同頻率的射線（18-26 GHz）穿過異向介質(zhì)材料，來收集一個(gè)物體的不同的成像。這些頻率沿著異向介質(zhì)材料的波導(dǎo)在不同的地方漏出，就產(chǎn)生了一種新的輻射模式，再進(jìn)入傳感器。使用這組測量值，我們可以通過算法重建圖像的場景，顯示出視角和物體到相機(jī)的距離，而這整個(gè)計(jì)算過程只需100毫秒。這樣的速度，即便對(duì)于記錄移動(dòng)物體也已足夠。不過，目前微波或毫米波檢測器還都非常昂貴，所以一般的系統(tǒng)大多使用更少或者更小的檢測器。如果能有一個(gè)系統(tǒng)可以在拍攝的同時(shí)就能壓縮圖像，而且不用犧牲圖像質(zhì)量，那不失為一種減少成像成本的好方法。 這種新的異向介質(zhì)材料圖像壓縮系統(tǒng)沒有活動(dòng)的部件和透鏡，而且也很薄。同時(shí)，足夠快的拍攝速度意味著，可能有一天當(dāng)你在機(jī)場接受安檢時(shí)，你只需徑直走過一個(gè)毫米波掃描裝置，而不用站在那等著檢測器掃過你的身體，亨特說道。他還設(shè)想在汽車的車身上建立一個(gè)異向介質(zhì)材料成像系統(tǒng)，制造一個(gè)可以“看穿”灰塵和霧的防撞系統(tǒng)。 波士頓大學(xué)的威利•帕迪拉（Willie Padilla）認(rèn)為，這項(xiàng)新技術(shù)將引領(lǐng)壓縮傳感技術(shù)走向一個(gè)新紀(jì)元。相比傳統(tǒng)的成像系統(tǒng)，拋棄透鏡的微波成像系統(tǒng)將大大降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，所以可能將會(huì)使高端照相機(jī)、X光掃描機(jī)和醫(yī)用三維MRI等尖端成像設(shè)備的成本大幅降低。（果殼） |
