透视墙壁的新技术

上图所示是一个微波扫描的DUKE标志,两幅图分别显示出了通过墙后扭曲状态和去除扭曲状态的成像。考虑到通常由扁平、均匀的墙壁所造成的扭曲的类型,新的算法允许更好的扫描,而不需要事先知道墙壁是由什么做成的。来源:杜克大学

杜克大学的研究人员发明了一种方法,通过使用微波频段的窄带来观察墙壁,而不需要事先知道墙壁是由什么材料构成的。除了在安全领域有明显的应用外,这种方法还可能导致廉价的设备,帮助建筑工人很容易地找到管道、管道和电线。

这项研究发表在2017年12月5日的期刊《Optica》上。

杜克大学电气与计算机工程副研究员Daniel Marks说:“大多数通过墙能看到的技术使用的频率范围很广,这使得它们很昂贵。他们也没有很好的分辨率。所以,当他们看到一个人在墙的另一边移动时,他们可能会检测地很好,但他们很难找到那种薄的管道或电线材料。”

目前的方法也通常依赖于了解材料是什么材料制成的,然后才能看穿它。这使得软件能够预测墙壁将如何影响扫描波,以便它能将所寻找的固体物体的回声和扭曲分开。

在这篇文章中,电气与计算机工程系教授Marks和他的同事David R. Smith,以及杜克大学电气与计算机工程博士后研究员Okan Yurduseven,利用了墙体的对称性。

因为墙壁一般都是平的和均匀的,所以它们以对称的方式扭曲波。新描述的技术利用这种对称性来发挥它的优势。

一个典型的墙壁内部的微波扫描之前和之后的扭曲被删除的视图。考虑到通常由扁平、均匀的墙壁所造成的扭曲的类型,新的算法允许更好的扫描,而不需要事先知道墙壁是由什么做成的。

“我们写了一个算法,将数据的一部分,具有圆对称和而另一个没有这种对称性,yurduseven说,没有对称性的数据正是我们试图看到的。

这种技术只使用一个频率扫描,因为它减少了墙壁所造成的干涉图样的数量,而且单频发射器比宽带发射器便宜得多。坚持一个狭窄的范围也意味着未来的设备将更容易通过联邦通信委员会(FCC),因为它将很容易避免干扰微波频率专用于其他技术,如WiFi,手机服务和蓝牙。

研究人员建立了一个原型装置,看看它能起多大作用。在他们的实验室里,他们建造了两种不同类型的墙壁,然后放置一个工人可能想要找到的东西,如螺柱、电线导管、电线和接线盒。

在原始数据通过扫描石膏板后,要比其他任何一个金属接线盒是很困难的,这是4英寸宽,2英寸厚。但是,在分析数据和去除对称图案之后,图像清晰得多,并且每个单独的组件都很容易识别。

马科斯说:“我们设想将这种技术与机器视觉系统结合起来,让人们可以通过墙壁看到里面的东西。我们认为这项技术还具有价格和敏感性,能够对市场产生影响。”

来源:https://phys.org/news/2017-12-walls-unknown-materials.html

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