想象一本古书，书页脆弱，封面精致。博物馆和收藏者需要在检查这样一本书的愿望和检查可能造成的潜在损害之间取得平衡。他们常常决定放弃考试，但这意味着考试内容仍然被隐藏。

麻省理工学院相机文化小组的新研究可以提供完美的解决方案。研究人员设计了一种计算成像系统，可以在多层纸上阅读文本:该系统可以阅读一本合着的书。这项研究最近发表在自然传播.

“纽约大都会博物馆对此表现出极大的兴趣，因为他们想，例如，看看一些他们甚至不想碰的古董书麻省理工学院媒体实验室的研究科学家、这篇新论文的通讯作者Barmak Heshmat说。

根据CBSNews“条款”新技术可以不打开书本就阅读“，此系统可能用于业务应用程序，允许扫描大量文档，而无需物理分隔页面。银行可以通过一次扫描处理一堆支票。

原型系统能够识别一堆书页中最上面九页上的字母。这些书页用太赫兹辐射或T射线扫描。该系统还使用乔治亚理工学院研究人员开发的复杂算法，在反射的T射线返回扫描仪时破译它们。

三步读一本合着的书

1. 这个过程的第一步是通过向纸层发送辐射脉冲，在纸堆中找到特定的一页。纸张在选定的频率范围内必须略微透明。这项研究使用太赫兹辐射，因为它可以穿透一叠纸。频率范围从100 GHz到3太赫兹。
   
   时间分辨率用于区分不同的页面。时间分辨率必须足够小，以观察非常小的对象，例如封闭书本中页面之间的气隙。为此，麻省理工学院的团队转向了飞秒摄影。根据麻省理工学院媒体实验室的照相机文化组，飞秒摄影，“每帧的有效曝光时间是2万亿分之一秒……”
   
   当信号通过纸页传送时，气隙反射了一部分t射线脉冲。时间分辨率使系统能够利用反射脉冲来识别辐射何时通过一页纸并移动到下一页。该团队实现了约30微米的空间分辨率，这足以将一本合着的书的书页分开。研究中使用的“页”厚度为300微米。这个过程，概率脉冲提取(PPEX)，被用来找到一个特定的页面。
2. 一旦找到了那一页，打印出来的信就必须在那一页上找到。为此，研究小组使用了与印刷所用油墨相关的光谱信息。油墨吸收不同频率的太赫兹辐射到不同程度，这取决于其化学成分。虽然x射线可以穿透纸张，但它们的频率分布无法区分墨水和空白纸张。
   
   当T射线穿过页面时，一部分辐射被反射回设备。当返回脉冲从页面上的空白点反弹时，其频率分布与墨水位置不同。这创造了这个过程的第二步：时间选通光谱成像（TGSI）。
3. 一旦书页被扫描，反射的脉冲被记录下来，系统就需要破译这些字符。为此，佐治亚理工学院的研究人员开发了一种算法，可以准确识别这些字母，即使前几页的墨水在形状上投下了“阴影”。他们设计了一种凸面基本形状组合(CCSC)算法，该算法可以自动将反射的形状与字母表中各种字母模板的组合进行比较。CCSC是成功的，尽管有相当多的更深层次的阴影。CCSC是过程的最后一步:识别文本。

MATLAB

对系统捕获的数据进行处理MATLAB处理包括应用PPEX、k-均值聚类和CCSC提取。研究人员还使用小波工具箱去噪输入信号。要了解更多关于小波变换背后的基本原理，请查看这是技术谈话。

以下简短的动画展示了三个主要步骤:PPEX找到页面，TGSI检测墨水，CCSC识别字母。

那么9张纸上的字母拼写是什么呢？

THZLABCCG

太赫兹=太赫兹

实验室

在20=摄影机文化组

原型系统

这是令人兴奋的第一步，但这项技术确实有一些局限性。原型系统只能数20页，并且能够准确识别前9页上的字符。尽管大部分T射线要么被墨水和纸张吸收，要么反弹回传感器，但一小部分T射线在传感器之间来回反弹返回传感器前的页数。这会产生干扰，从而限制可以准确处理的页数。

有了更强大的辐射源和改进的t射线探测器，这种方法无需打开书皮就能处理整本书的内容。总有一天，这个系统可以不受干扰地逐页检查古代文本。其他潜在的应用更可能引起詹姆斯·邦德的兴趣:间谍可以利用该系统检查文件和信封的内容，而不需要打开它们。