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光在皮秒分辨率下通过场景的传播成像

我们提出了一种新的成像技术，我们称之为技术，以捕捉和可视化光在桌面场景中的传播，有效曝光时间为每帧1.85 ps。这相当于大约每秒1.5万亿帧的分辨率;在帧之间，光的传播大约只有0.5毫米。由于具有如此极端快门速度的相机显然不存在，我们首先重新利用现代成像硬件来记录可重复事件的集合平均值，这些事件与条纹传感器同步，其中光线从场景到达的时间被编码在传感器的一个空间维度中。然后我们介绍重建方法，使我们能够可视化飞秒光脉冲通过场景的传播。考虑到这种快速的分辨率和有限的光速，我们观察到相机并不一定以与现实中发生的事件相同的顺序捕捉事件:因此我们引入了的概念time-unwarping在相机和世界的时空坐标系之间，要考虑到这一点。我们将飞飞摄影技术应用于非常不同的场景的可视化，这使我们能够观察到时间分辨光传输效应的丰富动态，包括散射、镜面反射、漫反射、衍射、焦散和次表面散射。我们的工作在艺术、教育和科学可视化方面有潜在的应用;工业成像分析材料特性;以及重建地下元素的医学成像。此外，我们的时间分辨技术已经激发了计算摄影的新形式，以及分析和合成光传输的新算法。

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1.简介

光在场景中传播的方式——它所遵循的路径，它的强度如何随着时间的推移而变化——是了解这种场景本质的一个不相称的信息来源。例如，我们可以从中获得场景的几何形状(甚至是那些相机看不到的部分)，^6，11，17物体的反射率，¹²甚至可以推导出其他的物质性质。^20.因此，它可以在各种领域发挥非常重要的作用，包括计算机图形学、计算机视觉和一般的科学成像，并在医学、国防或工业过程中有应用，等等。然而，传统上，光被认为是瞬间穿过场景的(它的速度被认为是无限的)，因为传统的成像硬件与光速相比非常慢。因此，在光传播的时间延迟中编码的任何信息都丢失了，消除光传输的歧义成为一项艰巨的，往往是不可能的任务。在过去的几年里，新型光学硬件和智能计算(即计算摄影)的联合设计，扩展了我们捕捉、分析和理解视觉信息的方式;然而，由于不可能捕捉到这样的信息，在宏观尺度上，光速传播在很大程度上尚未被探索。

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