從平面到立體：革命性熱成像技術開啟材料檢測新紀元

在製造業檢測領域，紅外線熱像儀(IRT)憑藉其非接觸式的成像優勢，已成為業界標準檢測工具。然而傳統技術僅能提供二維平面影像，嚴重限制了材料老化與失效評估的精準度。

近期發表於《國際極端製造期刊》的研究成果，由拉瓦爾大學、哈爾濱工業大學、多倫多大學等國際團隊聯手開發出「頻率多重光熱相干斷層掃描技術(FM-PCT)」，成功將熱成像技術從二維平面推展至三維立體層次。這項突破性技術具備與X光微電腦斷層掃描相媲美的解析度，能精準呈現材料內部三維結構。

該研究通訊作者、多倫多大學教授安德烈亞斯·曼德里斯指出：「傳統擴散波技術受制於拋物線擴散的物理限制，只能產生深度積分的平面影像。我們需要創新的成像模式，在訊號擴散特性下仍能保持瞬時頻寬內的能量不流失。」

紅外線熱像技術的物理基礎是材料的「光熱效應」——當熱波遇到不連續介面時會產生異常熱分佈。過去雖發展出多種深度評估演演算法，但都需假設缺陷形狀規則且深度固定，在實際應用中效果有限。

回顧技術發展歷程：1990年Vavilov與Maldague提出動態熱斷層掃描(DTT)概念，卻受困於低訊雜比；2014年Kaiplavil與Mandelis發展出截斷相干光熱斷層掃描(TC-PCT)，又面臨龐大運算與儲存需求。最新FM-PCT技術採用單脈衝或線掃描雷射，透過傅立葉轉換將脈衝激發視為多頻率訊號組合，為截斷相干過程開創新視角。

FM-PCT將脈衝激發分解為多個正弦訊號，並與捕獲的熱訊號進行匹配濾波。由於調製頻率直接關聯穿透深度，透過控制匹配濾波頻率，即可獲取不同深度的斷層影像。

共同作者張海教授（哈爾濱工業大學教授兼拉瓦爾大學客座教授）強調：「FM-PCT填補了X光CT與超音波成像在微尺度斷層掃描的技術缺口，特別適用於薄型樣品檢測。這項技術將大幅提升工業製造早期缺陷與生物醫學病變的偵測能力。」

研究團隊正持續最佳化此技術，目標應用於實際工業檢測與材料評估。未來更計畫將此非侵入式方法延伸至生醫影像領域，並開發先進超解析度成像演演算法，提升活體與離體組織觀察的空間與軸向解析度。

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