利用雷射及成像技術檢視角落周圍

除非是天文學中重力透鏡效應造成光線彎曲等極端案例，否則每種成像應用都要求物件、相機或探測器之間具有直接視線。但大部分的成像應用都受限於直線傳播的光線。不過情況已有所改變，部分頂尖研究成果開創出新的可能性，能夠繞過角落和障礙物進行成像。結合雷射、靈敏相機和運算重建方法，可從周圍物件散射光線，偵測到障礙物所隱蔽的物件。

未來發展就在眼前

非直視性成像程序類似於 LiDAR（光達），將雷射脈衝傳送至物件，而光線從物件散射返回的傳播時間，則可用於量測物件與探測器之間的距離。而非直視性成像技術會在此過程中新增另一個散射事件，對受障礙物隱蔽的物件進行成像。¹

圖 1: 向目標附近的物件（例如牆壁）傳送超高速雷射脈衝，來對障礙物隱蔽的目標進行成像

圖 2: 雷射脈衝觸及牆壁或其他目標附近的物件後發生散射。散射光會朝向隱蔽目標進行傳播

圖 3: 前述光線會從隱蔽目標處再次散射，並回傳至牆壁。高度靈敏相機偵測到觸及牆壁的第二次散射光。透過牆上的許多不同雷射位置重複此過程，進而形成隱蔽目標的 3D 模型

重建隱蔽目標模型

若要即時測量皮秒及飛秒光線脈衝傳播，則需使用單光子雪崩型光電二極體陣列相機等高度靈敏相機。探測器會接收兩種不同的回傳訊號：直接從牆壁散射的初始光線訊號，以及從目標散射的第二光線訊號，系統會將後者用於非直視性成像。這項飛時測距資訊可用於重建一系列橢圓體，全部與隱蔽目標的特定點重疊，可供運算軟體計算相機與隱蔽目標之間的距離，進而重建目標的 3D 模型。

3D 物件可分解為許多可散射光線的個別點。將以上所有點加總，就可重建原始物件的模型。如果探測器能夠以 100ps 的時間分辨率來解析回傳的脈衝，則隱蔽目標上的點可達到約 1.5cm 的空間分辨率。¹

圖 4: 本圖說明非直視性成像技術如何加總圖 1-3 流程所判定的系列點，進而產生隱蔽物件的 3D 模型

真實世界應用

自動車

可使汽車感測即將進入直接視線範圍的趨近車輛或轉角附近的行人²

公共安全

可讓執法人員、消防員和醫療急救服務人員在安全距離外偵測危險環境中是否有人²

醫療成像/顯微鏡

研究系統直接視線範圍外的小型 3D 結構²

非直視性成像的未來發展

運用這項新興技術開發可供實際應用的解決方案，並且方便攜帶而不對觀測者眼睛造成危險，是一項非常艱鉅的任務。非直視性成像的主要挑戰之一在於只有少量光線會返回探測器，因此探測器必須擷取極少量光線，且不能與其他環境光線混淆。回傳至探測器的訊號源自兩個連續散射事件，因此損耗極高。回傳訊號最低可至每雷射脈衝一個光子。¹

不過史丹佛運算成像實驗室 (Stanford Computational Imaging Lab) 已經開發能在戶外間接日照條件下運作的非直視性成像系統。²他們運用復歸反射帶，成功對牆壁遮蔽的物件進行成像，為這項技術的未來帶來正面的展望。

中佛羅里達大學 Aristide Dogariu 實驗室 (The lab of Aristide Dogariu of University of Central Florida) 目前正研究一種非直視性成像技術，運用光線照射牆壁後衍生的空間相干特性，來取代從牆壁及後方目標散射的雷射光。³如此一來，建模隱蔽目標時就不需要使用超高速雷射照明，從而使這項技術在實際應用中更方便攜帶且易於使用。

非直視性成像技術還需要更多發展，才能成為實用的商業系統，但是對新世代的成像應用來說，這項技術是一項前景可期的解決方案。