多視角成像；提取與重建；準三維

通過成像分析物體特性是科學研究和工程應用中的一項基本策略。二維成像可以在平面上呈現物體的二維信息，但不能包含逼真的立體結構。

為了增強2D成像的立體特性，使用透視原理將物體投影到畫布或圖像上，以創建三維感。但無論對圖像進行何種處理，這種立體感都是虛擬的，觀察者無法感知圖像中物體的真實空間結構和內部細節。

當觀察對象從穩態對象轉變為超快過程時，現有的2D成像方法面臨巨大挑戰。超短時間尺度上發生的光束傳播、化學反應和物理變形等過程具有明顯的三維特征，即每個維度的特征在很短的時間內發生變化。

二維成像方法直接缺乏一維，導致在超快三維過程中描述物質的幾何結構、空間關系和固有特性時出現失真。

北京理工大學的科學家們已經開發出一種超快準三維技術，克服了二維圖像信息缺失和特征不完整的缺點，可以分析超快過程的三維特征。

這項研究發表在International Journal of Extreme Manufacturing上，展示了如何在二維信息收集的基礎上實現三維特征分析。

通過垂直偏振成像，獲得具有高信噪比的反射透射圖像。通過比較這兩種觀點，成功地區分了相變機制，闡明了等離子體衍射現象。

此外，重建的準三維圖像使用歐拉角旋轉的乘積，這允許對等離子體的任何橫截面進行光學性質分析。這揭示了三維空間中早期等離子體收縮和發散形態的不對稱性。

圖1 超快準三維成像示意圖。（a）頂端成像和（b）側面成像組合在一起，實現如圖（c）所示的多視角同時成像，底部為圖像處理步驟，包括（d）識別、（e）提取、（f）旋轉相乘和（g）取交集。

“這種準三維成像方法突破了原始觀測維度的限制，增強了我們全面分析超快過程的能力。”該研究的通訊作者姜蘭說：“未來，它將在揭示激光與物質之間的相互作用方面發揮重要作用。”

“使用準三維成像方法，我們可以分析三維空間中超快過程的形狀和性質的變化，”該論文的第一作者連以玲說。

盡管探索激光誘導的超快過程在強場物理、流體動力學和先進制造中至關重要，但超快過程很難深入理解，因為激光場的不均勻空間分布在與材料相互作用時會觸發各種非平衡過程，導致不同的光學性質和復雜的激發區形態。

為了深入研究潛在的消融機制，研究人員使用飛秒泵浦探針成像來研究瞬態光學特性。然而，在信號采集過程中，這些燒蝕過程對目標材料的光學響應具有顯著影響。因此，僅根據所獲得的反射圖像來區分這兩個因素對反射率的單獨影響是具有挑戰性的。

然而，在傳統的單視圖成像技術中，3D信息被投影到二維平面上，有效地分析了二維過程的演變。然而，在強激發下，物質的形狀和性質在三維空間中發生變化，并伴隨著折射和散射等干擾信號。

姜問道：“我們可以用雙目成像的原理來引入另一種成像視角嗎？”

姜認為，由于尺度極短，兩種視角的時間和空間同步對實驗的成功至關重要。在姜的指導下，連利用正交偏振光從兩個角度同時成像，實現了高質量的信號采集。他們綜合了兩個視點的圖像特征，重建了一個三維矩陣。他們稱這種方法為“準三維成像”。

結果表明，準三維成像不僅比以往的成像方法更全面地了解了等離子體動力學，而且在強場物理、流體動力學和尖端制造等相關領域具有揭示各種復雜超快現象的廣闊潛力。