一組中國研究人員研發出一種無鏡頭成像系統，能夠在低光照和長距離下產生清晰的中紅外圖像。這項突破性技術預示著在夜視、工業檢測和環境監測方面的進步。該系統復甦了幾個世紀前的針孔成像概念，與傳統的物理孔不同，研究團隊在非線性晶體內部創造了一個“光學針孔”，並利用激光光束進行成像。這種晶體能將進入的紅外圖像轉換為可被標準硅傳感器檢測的可見光圖像。
研究團隊的負責人鄭和平來自華東師範大學，他指出：“許多有用的信號存在於中紅外範圍內，例如熱量和分子指紋，但在這些波長下工作的相機通常噪音大、價格昂貴，或需要冷卻。”他還補充道，傳統的基於鏡頭的設計在景深上受到了限制，並且容易產生失真。這種晶體的工程結構使得光線能夠從多個角度進入，從而使系統擁有寬廣的視野。這一上轉換過程還抑制了噪音，使得該設置在非常微弱的光線下也能有效運行。通過這種方法，研究人員得以產生清晰的中紅外圖像，並且其景深超過 35 厘米，視野寬度超過 6 厘米。
研究人員確定，光學針孔半徑為 0.20 毫米時能夠提供清晰的細節。利用這一孔徑，他們對放置於 11、15 和 19 厘米的目標物進行成像。在中紅外波長為 3.07 微米的情況下，圖像在距離 35 厘米時依然保持清晰。激光光束在非線性晶體中形成一個微小的“光學針孔”，將紅外光轉換為可被硅傳感器檢測的可見圖像。團隊成員黃崑表示：“無鏡頭的非線性針孔成像是實現無失真、大景深、寬視野中紅外成像的實用方法，且高靈敏度。”他解釋說，超短同步激光脈衝還使得在極少光子下能夠進行飛行時間成像。
研究人員還實現了三維成像，通過飛行時間方法，他們以微米級精度重建了一隻陶瓷兔子。即使在極低的光子數量下，基於相關性的去噪技術也使得成功捕捉圖像成為可能。另一種方法則是利用兩次快照深度成像，讓他們能夠在不複雜計時的情況下測量 6 厘米範圍內的堆疊物體。針孔成像最早由哲學家墨子於公元前四世紀描述，提供了無限的景深且沒有失真。這種現代化的應用將這些優點擴展到中紅外範圍，傳統鏡頭在這一範圍內的表現往往不佳。
黃崑表示：“這一方法可以提升夜間安全性、工業質量控制和環境監測。”他提到，由於該系統使用了更簡單的光學設計和標準硅傳感器，最終有可能使紅外成像系統變得更加經濟實惠、便攜和節能。目前，該概念驗證設置依賴於大型激光設備，研究人員計劃通過開發新型非線性材料和緊湊型光源來精簡這一設置。他們的計劃包括提高轉換效率，添加動態控制以改變光學針孔的形狀，以及將系統擴展到更長的紅外波長。這項研究發表於《Optica》期刊，顯示出無鏡頭的非線性針孔成像能夠打破傳統鏡頭的限制，實現更清晰、更廣泛和更靈敏的中紅外視覺。
