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    关于单光子成像技术,你了解多少?

    发布时间: 2022-09-23  点击次数: 91次
       单光子成像技术具有超高灵敏度和皮秒时间分辨率,在弱光信号感知与探测、远距离三维成像和传感、极限环境成像等方面具有重要科学意义和广泛的应用价值与前景。单光子探测与测距(LiDAR)系统具有单光子灵敏度和皮秒时间分辨率,现已被广泛应用于主动成像领域。远程主动成像是一个巨大的挑战,由于光学衍射的限制,空间分辨率显著降低成像,且只有微弱的回波信号光子可以返回,但其中掺杂着强背景噪声。
      
      量子信息技术的发展加深了我们对光的理解和操控,也启发我们开展基于单光子探测的新型成像技术。光子作为光量子性的体现,是光能被检测到的最小能量单元。传统相机通过对不同位置光强的探测,实现物体成像。它的核心就是通过探测每个光子的三维时空信息(x,y,t),结合光子的统计特性重构出物体的图像。
      
      利用光子的三维信息(x,y,t)和量子统计特性,引入计算摄像学的新技术,陆续涌现多种新型的单光子成像方法,实现了传统技术无法达到的成像功能,开辟了新的科学研究方向。例如,当入射光已经微弱至传统相机无法工作的强度时,技术能够突破经典成像的信噪比极限,每个像素仅探测一个光子,也能够复原出物体的三维图像,从而能够提升现有遥感和侦察系统的工作距离和成像质量。又例如,对于隐藏在角落的物体,可以通过计算光子在墙面的散射和飞行过程,复原出视线外物体的三维图像,从而对隐藏的物体进行识别和跟踪,这是有望应用于安防等特殊场合的新技术。
      
      实现高性能单光子成像的核心在于联合开发高性能的成像芯片以及基于芯片和摄像场景的重构算法,这也是我们研究的主要内容。超导探测器通常具备比半导体探测器更加优越的性能,因此在科学研究、空间探测等追求极限指标的场合,发挥着特有的作用,这一点也体现在单光子探测器领域。成像算法就是从成像器件采集的数据推算出成像物体的物理参数的反向映射。
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