MIT 全新成像技術突破：在混濁水域中可於 20 公尺外拍攝清晰 3D 影像

MIT 突破水下成像極限

麻省理工學院（MIT）工程團隊開發出一套突破性的成像系統，能夠在極度混濁的水域中捕捉精細的 3D 影像。這項結合單光子偵測器與先進計算演算法的新技術，有望大幅提升水下探索、搜索救援行動及環境監測的能力。

傳統水下成像的瓶頸

傳統的水下成像方法，如聲納和光學攝影機，長期以來在混濁環境中難以提供清晰的視覺影像。水中的懸浮粒子會散射光線，在高度混濁的條件下，幾乎不可能看到超過數公尺（約 6.5 英尺）之外的物體。

然而，MIT 的全新系統能夠在極高濁度的水中，於最遠 20 公尺（約 65.6 英尺）的距離生成清晰的三維影像。

技術運作原理

該系統的核心是一具脈衝雷射，向水中發射光脈衝。當這些脈衝碰到物體反彈回來時，會被高靈敏度的單光子雪崩二極體（SPAD）陣列偵測到。

系統會記錄每個光子的行程，藉此計算水下物體的精確距離與形狀，即便只有極少數光子成功穿越翻攪的沉積物回傳，系統仍能有效運作。

為了解讀這些微弱的訊號，研究團隊開發了全新的計算演算法，從稀疏且散射的數據中重建 3D 場景。最終成果是：在相同條件下，傳統攝影機根本不可能拍攝到的精細影像。

潛在應用與未來影響

據 MIT 團隊表示，這項成像突破可望徹底改變多種水下活動。搜索救援團隊能夠更快速地在混濁的湖泊或沿岸水域中找到失蹤的物品或人員；海洋生物學家可以研究過去被沉積物遮蔽的棲地；考古學家也可能發現被層層淤泥掩埋的古代沉船。

此外，這項技術對於檢查水下基礎設施（如管線、橋梁或水壩）也具有極高價值，這些場景對安全性與影像清晰度的要求極為嚴格。

測試與成果

研究團隊在一座特別設計的水槽中測試其原型機，水槽中的水混濁到標準攝影機連 3 公分（約 1.2 英寸）之外都看不到。而他們的新系統成功在 20 公尺（65.6 英尺）的距離拍攝到物體影像——這在過去被認為是此類條件下不可能達成的成就。

該系統同時具備高能源效率，所需功耗低於傳統主動成像方法，且可做到足夠小巧，適合安裝在水下無人機或遙控操作載具（ROV）上使用。

展望未來

雖然目前的原型機已是重大的技術飛躍，研究人員已在著手改良這項技術，目標是提升成像速度和解析度。他們構想未來將此技術整合到自主水下載具（AUV）中，用於對海洋、湖泊和河流進行持續監測。

MIT 的新型成像系統代表了克服水下能見度挑戰的重大進展，可望為水下探索與安全領域開啟全新的時代。

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