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影子影子告诉我,墙壁背后是什么

2019-02-19

学苑创造·B版 2019年2期
关键词:托拉尔巴弗里

一次又一次,科技把幻想变为现实。最近,科学家们实现了不打开书也能阅读的“透视”神技。看来用不了多久,像超人那样“隔墙观物”就不再是特异功能啦——

阴影里,有玄机

阴影无处不在,但你有没有想过,它是什么物体的影子呢?一项很有前途的新技术,就从这个问题起步。

2012年,美国计算机视觉科学家安东尼奥·托拉尔巴在度假时出于无聊,盯着旅馆房间墙上的阴影看,却发现它们不像室内任何物体的投影。托拉尔巴被勾起了好奇心,经过一番探寻,他终于找出了“影子”的成因——原来是窗外景物模糊的倒像!

这一现象其实并不难理解,它背后是非常简单的物理学知识——小孔成像。

我们知道,光是直线传播的,物体发出的光通过孔洞时,上端的光会射到下方,下端的光则射到上方,于是形成倒像。同样的条件下,孔越小,成像越清晰;反之就越模糊。

在托拉尔巴的发现里,充当孔洞角色的是房间的窗户。窗户很大,所以成的像极其模糊,在光线充足处甚至接近于无,难怪一直被人忽视。当托拉尔巴用卡纸将部分窗户遮住后,影像果然清晰了起来。

谜底揭开了,但托拉尔巴并未止步,他的思想继续驰骋:我們身边一定隐藏着许多类似的视觉信息,只是由于眼睛和大脑无法分辨识别,才被当作“不可见”;如果能将它们解读出来,我们就可以看到以前“看不到”的东西啦!

给光线做减法

托拉尔巴把自己的发现,称作“意外摄像头”。“意外摄像头”无所不在,窗户、角落、室内植物……所有物体都可以是摄像头,时刻在“拍摄”图像。假如“意外摄像头”附近的环境发生变化,比如有人走过,必然会有部分光线被遮挡,那么只要比对走过之前和之后的图像,把两张图“相减”,就能提取出被遮挡的光线,还原走过的人的信息!

当然,这样的两张图一定极为相似,人眼根本无法看出区别。但别忘了,托拉尔巴可是计算机视觉专家。他和同事比尔·弗里曼合作拍摄了一组房间内的阴影照片,然后在计算机的帮助下,成功还原了窗外的图像。2017年10月,他们又通过比对墙壁拐角处地上的投影,“看到”了拐角后被墙挡住的行人!

那如果是静止的场景,光线没有变化,也能“隔墙透视”吗?能!

2018年6月,弗里曼等人实现了利用植物叶子来“看见”被遮住的场景。因为每片叶子都阻挡着不同的光线,将每片叶子的阴影和其余部分对比,就能找到一组缺失的光线。所有这些缺失的光线拼起来,就得到了原本被遮住的、不可见的图像。通过放大图中叶片的振动,他们甚至还“听见”了本不可能听到的声音!

非视线成像,让隐藏信息现形

托拉尔巴和弗里曼所开辟的这一新领域被称为“非视线成像”。早在2012年,他们的同行拉梅什·拉斯卡尔就在他们的基础上,开发出“主动非视线成像”技术——主动向墙附近的物体发射激光,使其反射到墙后的兔子上,通过测量光子飞行的距离,获得兔子的3D图像。

但当时这一技术所用的器材贵得要命,要处理的数据更是多得吓人。不过,如果利用上面说的“意外摄像头”,把主动和被动非视线成像结合起来,问题就都迎刃而解了。开头咱们提到的不翻书也能阅读,正是拉斯卡尔研究小组的最新成就,他们的另一项成就是穿透迷雾看远处。

非视线成像技术在灾难搜救、设备检测、医学检查、太空探索、机器人开发等众多领域都大有用武之地。现在无人驾驶汽车已开始试用这项技术,预计手持式非视线成像激光器不久也将问世,给咱们的生活带来更多便利。真让人期待呀!

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