單像素相機與太赫茲技術相結合：可用於機場安檢！
背景
太赫茲波，是指頻率範圍在 100GHz 到 10THz 之間，波長介於微波和紅外線之間的電磁波，它對於人眼來說不可見。
（圖片來源：維基百科）
太赫茲技術，是廣受世界各國重視的前沿科技領域之一。太赫茲波與X光以及聲波一樣，能穿透物體表面成像。此外，太赫茲波的頻率很高，所以其空間解析度也很高；脈衝很短（皮秒量級）所以時間解析度也很高。太赫茲技術可應用於成像、存儲、通信、安全、雷達、電子對抗、電磁武器、天文學、醫學、無損檢測等多個領域。
安全檢測，是太赫茲技術的一個重要應用場景。太赫茲波比可見光的波長更長，可以輕易地穿透一些普通材料，例如紙張、衣服和塑料，讓人們看到物體與包裝的內部。
太赫茲安檢成像示意圖（圖片來源於網路）
太赫茲輻射會引起來自生物樣本的不同響應，讓研究人員可以區分可見光幾乎無法區分的材料。不同化學物質能不同程度地吸收不同頻率的太赫茲輻射，表現出獨特的頻率特徵。此外，太赫茲波還可以區分墨水和白紙，而X光卻做不到。
（圖片來源：Barmak Heshmat）
創新
近日，英國薩塞克斯大學的物理學家團隊採用單像素相機與太赫茲波設計出一種技術方案，未來有望開發成可檢測爆炸物的機場掃描儀。
Marco Peccianti 教授以及 Alessia Pasquazi 博士所領導的新興光子學實驗室的實驗光子學研究員 Juan Sebastian Totero Gongora 博士與博士生 Luana Olivieri 研究出一種創新方案，採用能工作在太赫茲（THz）頻率下的特殊「單點」相機，不僅能高精度地捕捉物體的外表形狀，還可以檢測物體的化學成分。
儘管他們現階段的工作大部分都是理論上的，但是他們引入了一種稱為「非線性鬼影成像（Nonlinear Ghost Imaging）」的新成像理念，可以捕捉比之前的研究更詳細的圖像，從而使得他們的研究刊登在科學期刊《ACS Photonics》的頭版上。
（圖片來源：ACS Photonics）
技術
Juan Sebastian Totero Gongora 博士表示：「我們的方案製造出一種新型圖像，這與你之前通過標準的單像素相機獲得的圖像完全不同，它提供了更多關於物體的信息。相比於之前的單像素圖像，我們證明了我們的解析度固有地更高。」
科學家相信，在爆炸物檢測、醫療診斷、製造或者食品安全方面的質量控制等關鍵應用開發方面，太赫茲波具有非常巨大的潛力。然而，挑戰在於：開發值得信賴的低成本攝像頭，以及識別比這個波長更小的物體的能力。
但是，與該領域之前的研究所採用的方案不同，新興光子實驗室的團隊找到了一條戰勝這些局限性的途徑。
之前的研究是通過一種顏色、多種圖案的激光照亮物體並提取圖像，而現在研究人員是通過包含一系列顏色頻譜的太赫茲光圖案照射物體。
（圖片來源：參考資料【2】）
單像素相機（不同於商業街上售賣的含有多像素的標準相機）能捕捉物體反射的每種圖案的光線。在團隊的研究中，他們發現攝像頭可以檢測物體反射的光脈衝是如何隨著時間而改變的（儘管太赫茲脈衝是非常短的事件）。將這個信息與現有圖案形狀相結合，可以揭示出物體的外形與本質。
這項技術將通過聚焦不同的元素，然後融合相關信息，模仿大腦發展視覺認知的方法。
價值
Marco Peccianti 表示：「這正是一個顯著的發展，我們真正高興的是，《ACS Photonics》決定將我們的研究作為其封面。之前的太赫茲單像素相機方案，不能保留物體的完整信息，但是我們理解到問題的所在之處，並找到一條提取更完整圖像的途徑。我們希望與我們的系統相似的系統應用於真實世界，例如生物學、醫學和安全方面，只需一步就可以判斷物體的化學成分以及空間分布。」
對於現有的技術來說，團隊的成果是一個了不起的提升，可以產生遠遠超越太赫茲相機領域的巨大影響。
例如，他們的技術可用於設計其他頻率範圍內的高解析度相機，然後它可以變成碰撞感測器、身體掃描儀或者無人駕駛汽車超高速雷達的一部分。
關鍵字
太赫茲、相機、安全
參考資料
【1】https://www.sussex.ac.uk/news/all?id=45793
【2】https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.8b00653
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