连续捕获微波成像

       近年来，时间在图像渲染和重建中的高级应用一直是许多科学研究的焦点。其研究动机来自于有限光速c给定的空间与时间的等价性，这种等价性导致了空间不同点电磁场时间演化的相关性。利用这种相关性的应用程序被称为飞行时间(ToF)和飞行中的光(LiF)照相机，在从无线电到最佳频率的各种状态下运行。飞行时间成像侧重于通过连续波、脉冲或伪随机二进制序列(PRBS)码测量延迟刺激响应来重建场景。飞行中的光成像，也称为瞬时成像，探索光的传输和探测。ToF和LiF的结合最近为重建过程带来了更高的精度和细节，特别是在非视线图像中，在建模中包含了更高阶的散射和物理过程。然而，这些方法需要场景的实验特征，随后是大量的计算开销，这些开销在光学系统中以低帧速率产生图像。在射频范围内，用256个宽带收发机阵列产生了30赫兹帧速率的3D图像。微波成像具有通过光学不透明介质(如墙壁)进行感测的额外能力。尽管如此，合成孔径雷达重建算法要求阵列中的每个收发器单独工作，从而为提高连续发射-接收捕获的图像帧速率留出空间。使用波束形成的结构也有类似的挑战，即使用天线阵列和调频连续波(FMCW)技术的窄聚焦波束扫描场景。

       近日，来自美国国家标准与技术研究所的Fabio C. S. da Silva和来自美国科罗拉多大学博尔德分校的Grace E. Antonucci等人报告了一种微波成像系统，它使用一系列发射器和一个接收器，以连续发射-接收模式工作。捕捉需要几微秒，相应的图像覆盖几十平方米的空间范围，空间分辨率为0.1米。这些图像是重建矩阵和捕获信号之间的点积的结果，没有场景的先验知识。重建矩阵使用工程电磁场掩模在场景中的每个点创建唯一的随机时间模式，并将其与捕获的信号相关联以确定相应的体素值。他们通过实验室场景中的模拟和实验来报告系统的操作，还演示了穿墙实时成像、跟踪和观察镜面反射的二阶图像。相关研究工作发表在《Nature Communications》上。（詹若男） 

      文章链接：Fabio C. S. da Silva et al. Continuous-capture microwave imaging. Nature Communications (2021) 12:3981 https://doi.org/10.1038/s41467-021-24219-0