|
異向介質材料（metamaterials）具有自然界中的材料所不具備的特性，其結構都是經過特殊的人工設計，有精確的形狀、大小、排列規律和方向，可以用一種非常規的方式影響聲波或光波。比如，異向介質材料可以將光波“隱形”，還可以彎曲聲波來，作為高噪聲市區的降噪系統。而現在，美國杜克大學的研究者們利用異向介質材料的光波長泄露特性做出了一個具有新功能的器件：微波成像系統。該系統可以在拍攝的同時對圖像進行壓縮，而不是像我們所使用的數碼相機和手機一樣只能在拍攝之后進行處理。 數碼相機中圖片的每個像素相當于相機里的傳感器所記錄的一個像素的信息。傳統的數碼相機在收集了場景內所有光強度的信息后會利用算法丟棄一些數據，然后壓縮成JPEG文件（除非你特意指定存儲原始數據）。這樣得到的圖像質量也不差，因為丟棄掉數據大多都是冗余的。 而壓縮傳感旨在通過減少最初拍攝時收集的數據量來簡化這個過程。其中一個方法就是2006年問世的單像素相機。這種設備利用隨機模式為圖像周圍的像素獲取信息，從本質上說，就是同時增加一些像素塊的光強度值。如果你預先知道該圖像的結構等信息，例如黑暗的天空對應著明亮的星群，你就可以用比傳統相機更少的測量值來獲取整個圖像的信息。 
異向介質材料就是新型微波成像系統的“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獲得的的場景信息相結合，這樣電腦就能從大量可能的重建畫面中得到那張實際圖像，而這只基于一小組測量值。現在，來自美國杜克大學的約翰•亨特（John Hunt）和他的同事們已經建立了一個全新的微波圖像壓縮系統，該系統使用了一種特殊的異向介質材料，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。使用這個新系統，研究者僅用10個測量值，就得到400個像素的數據（即壓縮比為40:1）。 其工作原理是：微波穿過異向介質材料做成的薄帶，內有精密設計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，會在其表面反射，回到原始的異向介質材料附近的檢測器里。檢測器通過結合散射光束的強度和離開線圈后的波形來識別場景信息，即使這只捕捉到了進入材料的一小部分光，但已經足夠了。 研究者通過發射不同頻率的射線（18-26 GHz）穿過異向介質材料，來收集一個物體的不同的成像。這些頻率沿著異向介質材料的波導在不同的地方漏出，就產生了一種新的輻射模式，再進入傳感器。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的距離，而這整個計算過程只需100毫秒。這樣的速度，即便對于記錄移動物體也已足夠。不過，目前微波或毫米波檢測器還都非常昂貴，所以一般的系統大多使用更少或者更小的檢測器。如果能有一個系統可以在拍攝的同時就能壓縮圖像，而且不用犧牲圖像質量，那不失為一種減少成像成本的好方法。 這種新的異向介質材料圖像壓縮系統沒有活動的部件和透鏡，而且也很薄。同時，足夠快的拍攝速度意味著，可能有一天當你在機場接受安檢時，你只需徑直走過一個毫米波掃描裝置，而不用站在那等著檢測器掃過你的身體，亨特說道。他還設想在汽車的車身上建立一個異向介質材料成像系統，制造一個可以“看穿”灰塵和霧的防撞系統。 波士頓大學的威利•帕迪拉（Willie Padilla）認為，這項新技術將引領壓縮傳感技術走向一個新紀元。相比傳統的成像系統，拋棄透鏡的微波成像系統將大大降低系統的復雜度，所以可能將會使高端照相機、X光掃描機和醫用三維MRI等尖端成像設備的成本大幅降低。（果殼） |
