光电所光场调控科学技术全国重点实验室的研究团队创新性地将激光反射层析成像方法引入非视域成像领域，利用漫反射中继墙面作为天然激光扩束器，仅通过单点探测获取散射光子信号，并结合目标旋转产生的多角度投影数据，运用层析重建算法实现隐藏场景的高精度重建。
传统光学成像只能探测直接视线范围内的物体，而非视域成像技术能突破这一物理限制，通过探测在环境中经历多次散射的光子，计算重建出被遮挡的隐藏场景，在自动驾驶、灾害救援、医疗诊断及工业检测等领域展现出广泛应用前景。
然而，现有主流非视域成像方法多依赖扫描方式获取成像信息，面临着难以调和的“速率-分辨率”矛盾：为实现高分辨率成像，系统需要对中继墙面进行大面积密集扫描，导致成像时间显著增加；若通过减少采样点提升成像速率，则会因欠采样造成图像细节丢失。与此同时，在远距离成像场景下，多次散射光子的能量急剧衰减，这一矛盾进一步凸显。
激光反射层析成像技术具备突破衍射极限、实现高分辨重建的能力，将其引入非视域成像，有望为解决上述矛盾提供新的技术路径。
针对上述关键问题，中国科学院光电技术研究所光场调控科学技术全国重点实验室的研究团队创新性地将激光反射层析成像方法引入非视域成像领域，利用漫反射中继墙面作为天然激光扩束器，仅通过单点探测获取散射光子信号，并结合目标旋转产生的多角度投影数据，运用层析重建算法实现隐藏场景的高精度重建。该方法从成像机理上摆脱了传统扫描式非视域成像对大面积中继面扫描的依赖，显著降低了数据采集复杂度，同时突破了扫描方式长期存在的分辨率与成像速率相互制约的瓶颈，为实现远距离、高分辨、快速非视域成像提供了新的技术范式。基于这一思路，研究团队不仅在实验室条件下实现了更高分辨率和更快成像速度的同步提升，还进一步将该方法拓展到公里级远距离场景。
图1 基于反射层析的非视域成像。（a）成像系统示意图；（b）反射层析方法采集的数据；（c）层析成像算法重建的非视域目标图像
实验结果表明，在室内近距离条件下，该方法的空间分辨率较传统扫描式方案提升约2倍，成像速率提高约91倍。在远距离外场实验中，研究团队实现了3.3公里距离的非视域成像，仅用约3分钟的采样时间，即获得优于3厘米空间分辨率的隐藏目标清晰图像。
图2 近距离非视域成像实验。（a）成像系统光路图；（b）扫描模式示意图；（c）反射层析模式示意图；（d）成像目标与重建结果
图3 基于反射层析的远距离非视域成像实验。（a）实验场地卫星图；（b）探测系统；（c）目标端外部场景；（d）目标端内部场景；（e）非视域目标场景；（f）成像目标及重建结果。
该研究突破了扫描机制对非视域成像性能的物理约束，构建了新的非视域层析成像框架，为该领域的发展奠定了方法和技术基础。
该工作近期以“Breaking the speed-resolution trade-off in 3.3-km non-line-of-sight imaging using scanning-free laser reflective tomography”为题发表在Opto-Electronic Science。