美国国家标准与技术研究所(NIST)和Wavsens LLC的研究人员已经开发出一种方法,利用无线电信号来创建隐藏和移动物体的实时图像和视频,这可以帮助消防员在充满火和烟的建筑物内找到逃生路线或受害者。该技术还可以帮助追踪高超音速物体,如导弹和太空碎片。
研究人员表示,这种系统可以在拐角处和穿墙处实时成像,并跟踪快速移动的物体,如以每秒10公里、每小时2万多英里速度飞行的毫米级空间碎片。因为它使用的是无线电信号,它们几乎可以穿过所有东西,比如混凝土、干墙、木材和玻璃,不仅可以看墙后面的东西,而且只需要几微秒的数据就可以形成一个图像帧。采样是以光速进行的,是物理上可能的最快速度。
这种成像方法是雷达的一种变体,它发送电磁脉冲,等待反射,并测量往返时间以确定与目标的距离。多站点雷达通常有一个发射器和几个接收器,它们接收回波并对其进行三角测量以确定一个物体的位置。研究人员利用了多站点雷达的概念,但使用了很多发射器和一个接收器,这样一来,在空间任何地方的东西都能够定位和成像。
要对一栋建筑进行成像,实际感兴趣的体积要比建筑本身的体积小得多,因为它大部分是空旷的空间,为了确定一个人的位置,你会把建筑物分成一个立方体的矩阵。通常情况下,你会向每个立方体单独发射无线电信号并分析其反射,这非常耗时。相比之下,NIST的方法是在同一时间探测所有的立方体,并使用来自比如说100个立方体中的10个回波来计算人的位置。所有的传输都将返回一个图像,信号形成一个模式,而空的立方体则被剔除。
NIST团队在一个消声(非回声)室中演示了该技术,制作了涉及一个人在干墙后面移动的三维场景的图像。发射器的功率相当于12部手机同时发送信号,从大约10米(30英尺)的距离通过墙板创建目标的图像。目前系统的潜在范围可达数千米,经过一些改进,范围可以更远,只受发射器功率和接收器灵敏度的限制。
这项基本技术是一种被称为瞬态渲染的计算成像形式,自2008年以来一直作为一种图像重建工具存在。其想法是使用小的信号测量样本,来重建基于随机模式和相关关系的图像。该技术此前已被用于通信编码和网络管理、机器学习和一些高级形式的成像。