神马?鬼像,是这种吗?
漏漏漏，科学家讲的鬼像当然不系介样的啦。淼助第一次听到Ghost Imaging,也是吓一大跳，从小老师不是就说世界上没有鬼吗？怎么科学家还能拍到鬼？这个“幽灵成像”到底是什么鬼技术？
淼助简单查了一下相关研究报道，原来这项技术20多年前就被发明了，是可以对摄像头拍不到的物体“照相”，这是怎么做到的呢？这是一种基于统计光学和量子光学原理，使用计算机合成的成像技术，也叫“双光子成像”，或者“关联成像”。一般是两个传感器（也就是光探测器），一个对着光源，一个对着物体，通过计算机分析两组图像数据并合成最终的“鬼像”。早期的鬼像比较粗糙，画风是介样的：
后来随着科学家研究的深入，人们不断改进，甚至发明出了不用相机的3D鬼成像技术，见下图。
而中国科学家在这一领域的研究也是一直走在前列的，比如，在中科院上海光学与精密机械研究所的80后科学家，就研制出了世界上第一台单像素三维照相机。那这个鬼成像技术有什么用呢？看到不用直接拍物体就能成像，你一定想到了，它有极大的军事价值。美军研究把它用在硝烟弥漫的战场上以分清敌我，我们国内直接研究鬼成像雷达了，估计可以拍个隐形潜艇，隐形飞机啊什么的。何况鬼成像技术还可以拍3D影像，可以拍军事设施和飞行器。
鬼像技术还在许多其他领域有用，也可以大大降低摄像成本，提高摄像质量。最近研究表明，用X射线也能做出“鬼像”了，也就是说可以用低剂量X射线拍照，那么这项技术在医学领域可以发挥作用了？请看最新的科技新闻报道（来源:Physics world ）：
-
鬼线 （摄影Daniele Pelliccia及其同事）
“鬼成像”是通过分析两个光束之间的相互关系来生成图像，厉害的是它并不反映被成像的物体。该技术已在可见光和红外波段被证实，但现在两组科学家（一组在澳大利亚和欧洲，另一组在中国）已经把这项技术扩展到了X射线波段。研究人员说，新的研究结果可能会产生使用较低剂量的X射线新诊断方法，以及用X射线晶体学方法研究非晶材料。
鬼成像需要将光束分裂成两个光束：“目标光束”照向要成像的物体，这个物体后边有一个单像素“桶状”光探测器。同时，“参考光束”直接射向一个多像素的光探测器。这个设计中，只是有一些参考探测器中的像素信号被输出，而桶探测器的相应部分被成像物体阻挡住，从而形成一个阴影图像。
为此，探测器被暴露在一个截面光强分布随时间的变化的宽的“色斑”光束下。目标探测器上记录的总光强和参考探测器上记录的光强图案之间变化的对应关系可以使得图像被重构。
湍流下的视效
可见光波长范围内早都有鬼成像技术研究，它可以用来改善卫星在湍流条件下拍摄地球表面的远程成像。湍流使光线在随机方向被散射，造成了图像噪声。但是在一个较长的时间内，通过测量两个相关光束（其中一个光束是被观察对象反弹的）的强度相关性时，湍流的作用平均几乎为零。
鬼成像的另一个优点使它在X射线波长范围也很有魅力：就是，即使当目标光束的强度很低时仍然能产生好的图像。这可能会显著减少给病人的X射线剂量。然而，加入了X射线光学系会涉及困难，因为X射线束远比可见光的光束难分离。
澳大利亚维多利亚市的皇家墨尔本理工大学（RMIT University）的Daniele Pelliccia和她的同事们，利用法国ESRF同步辐射光源的X射 线，绕过了这个问题。他们把同步加速器光束照向一个瘦长型的硅，其中光束的一部分不受干扰，并通过一个小角度衍射其余部分。研究人员在其中一个光束中移动 一根作为成像物体的铜线，然后使用一个相机的不同部分作为目标光束和参考光束的共同探测器，就产生了这根铜线的鬼像。
起伏噪声
在实验中需要的斑点是由用于产生X-射线的非常短的电子脉冲自然产生的；每一束光中的电子分布是随机的，并产生了所谓的起伏噪声。为了确保他们能真正产生鬼像，研究团队改变了他们分析数据的频率。正如预期的那样，他们发现，只有频率和电子脉冲速率匹配时，他们才能够产生良好的鬼像。Pelliccia说，每帧一个脉冲时成像的失败意味着两束光束之间没有了相关性。
Pelliccia说，他和他的同事们现在正在想办法解决如何利用这一结果减少X射 线诊断剂量——要比目前水平“至少低一个数量级”。考虑到同步加速器辐射源不适合常规的医疗成像，他指出，解决这个问题需要一种和他们在实验中的方法完全 不同的技术。他说，事实上由上海光学精密机械研究所的韩申生（音）及其同事所做的另一个新的研究报告可能指出了一个更加实际的X射线鬼成像方法。
这一研究也使用了由一个同步加速器辐射源【上海同步加速器辐射设备（上海光源）】产生的X射线，但不涉及光束分裂。韩和他的同事并没有使用促动器来移动五缝金膜（他们试验中使用的物体）出入光束，而是用一束光直接射向单CCD探测器。为了产生色斑图案，研究人员在X射线源和物体之间，又放置了另一个远大于光束直径并且包含随机分布孔的金膜。他们发现他们可以通过在光束中移动多孔膜呈现不断变化的散斑图形，以形成幽灵图像；然后每一次为了不同的图型，移动物体出入光束一次。
傅立叶技术
Pelliccia指出，中国的研究小组并没有产生直接的图像。他们测量物体的衍射图型，然后使用傅立叶技术转换这些图形。但他说，事实上，他们通过在光束中放置一个薄膜创造了色斑图案，而不是依靠从同步加速器的电子起伏噪声——这可能比他的团队的技术更适合于医疗成像。他指出，移动一个病人出入X射线束“不是一个实用的选项”，但在未来可能可以移动探测器而不是病人。
韩和他的同事们在阐述他们工作的一篇论文中强调，他们的研究对晶体学很重要。他们说，未来的科学家可以利用“广泛存在的”实验室X射线源，用他们的技术来制作非晶态样品的高分辨率图像，而不是依赖于同步加速器辐射源获得自由电子激光。他们写道，“许多重要的分子材料比如膜蛋白的结构信息，仍然是遥不可及的，因为这些材料难以长成宏观尺度的晶体“。
德国DESY实验室Ivan Vartaniants赞扬这两组研究为“优秀的和具有挑战性的工作”。然而，他说Pelliccia和他的同事提供的方法存在一些不足，包括目前缺少合适的快速和高分辨率的探测器。并且，生物样品和铜线不同，大部分辐射会穿透他们。
至于中国小组开发的技术，Vartaniants问到它是否可以用于任意形状的物体的成像。鉴于该组使用了一个高度相干、强流同步加速器辐射源，Vartaniants对它是否真的适合常规的X射线源也有疑问。
作者：罗马科学作家Edwin Cartlidge
翻译：淼助
来源：Physics world
图片来自网络。