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隔墙有眼:看穿墙中的未知材料
发布:kittyll   时间:2017/12/21 14:45:43   阅读:465 
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美国杜克大学的研究人员发明了一种新方法,可以通过窄频带的微波来查看墙体,而无需事先知道墙体是由什么构成的。该方法除了应用于安全领域有明显优势外,设备还非常便宜,可以帮助建筑工人很容易地找到墙体中的管道和电线等。这项研究已经发表在2017年12月出版的《Optica》杂志上。

“大多数可以透视墙体的技术使用的频段都很宽,这使得技术成本变得很高,而且至今也没有很好的解决办法。以前的研究能使人们看到墙的另一边有人移动时,就很令人兴奋了;但如果想要发现墙体中一些细小的管道或电线时却仍然束手无策。” 杜克大学电气与计算机工程副研究员Daniel Marks说道。

目前常见的方法是首先要依赖于知道墙体是什么材料,然后再试图穿透它。在这个基础上,使用软件预测出墙体将如何影响扫描波,然后通过区分被寻找的固体物件的回声和变形来达到寻找的目的。

而Marks和他的同事们独辟蹊径,反而利用了墙体的对称性来完成这一“艰巨”的任务。因为墙体在各个方向上都是平的和均匀的,所以它们以对称的方式扭曲内部的传输波,这种新技术就是利用了对称性这一优势。

杜克大学电子和计算机工程博士后Okan Yurduseven解释道:“我们写了一种算法,把数据分成不同的部分——一种是圆形对称的,另一种是不对称的。我们想要看到的就是没有任何对称性的数据。”

这项技术只使用单一频率进行扫描,因为这样极大地减少了由墙体产生的干扰模式的数量,而且,单频发射器比宽带发射器要便宜得多。研究人员坚持使用窄频范围,也意味着未来开发出的设备将更容易避开美国联邦通信委员会(FCC)的信号,因为这将容易避免干扰专用于其他技术的微波频率,比如Wifi、蜂窝电话服务和蓝牙等。

研究人员建立了一个原型装置,并在实验室里建造了几种不同类型的墙,然后在其中放置一些工人们可能想要找到的东西,如螺柱、电线导管、电线和接线盒等。

他们在扫描一面4英寸宽、2英寸厚的石膏板后得到的原始数据中,除了一个金属接线盒以外,很难找到其他的东西。但是,在分析数据并去除对称模式后,图像就清晰地显示出来,每个单独的组件都很容易被识别。
 

消除对称失真前后的墙体内部微波扫描图像
图片来源:杜克大学

“我们设想以后可以将这种技术与机器视觉系统结合起来,让人们可以直接透视墙体看到里面的东西。我们认为这项技术具有很高的应用价值和敏感度,能够对市场产生影响。”Marks这样畅想着。

这项工作得到了美国空军科学研究局的支持(FA9550-12-1-0491),发表于《Optica》杂志,DOI:10.1364/optica.4.001514。
 

来源:美国杜克大学
译自:eurekalert
译者:兔子小光
文中部分图片来源自网络
 
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