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關(guān)于單光子成像技術(shù)，你了解多少？

發(fā)布時(shí)間： 2022-09-23　　點(diǎn)擊次數(shù)： 1077次

　　單光子成像技術(shù)具有超高靈敏度和皮秒時(shí)間分辨率，在弱光信號感知與探測、遠(yuǎn)距離三維成像和傳感、極限環(huán)境成像等方面具有重要科學(xué)意義和廣泛的應(yīng)用價(jià)值與前景。單光子探測與測距(LiDAR)系統(tǒng)具有單光子靈敏度和皮秒時(shí)間分辨率，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于主動(dòng)成像領(lǐng)域。遠(yuǎn)程主動(dòng)成像是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，由于光學(xué)衍射的限制，空間分辨率顯著降低成像，且只有微弱的回波信號光子可以返回，但其中摻雜著強(qiáng)背景噪聲。
　　
　　量子信息技術(shù)的發(fā)展加深了我們對光的理解和操控，也啟發(fā)我們開展基于單光子探測的新型成像技術(shù)。光子作為光量子性的體現(xiàn)，是光能被檢測到的最小能量單元。傳統(tǒng)相機(jī)通過對不同位置光強(qiáng)的探測，實(shí)現(xiàn)物體成像。它的核心就是通過探測每個(gè)光子的三維時(shí)空信息(x,y,t)，結(jié)合光子的統(tǒng)計(jì)特性重構(gòu)出物體的圖像。
　　
　　利用光子的三維信息（x,y,t）和量子統(tǒng)計(jì)特性，引入計(jì)算攝像學(xué)的新技術(shù)，陸續(xù)涌現(xiàn)多種新型的單光子成像方法，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)技術(shù)無法達(dá)到的成像功能，開辟了新的科學(xué)研究方向。例如，當(dāng)入射光已經(jīng)微弱至傳統(tǒng)相機(jī)無法工作的強(qiáng)度時(shí)，技術(shù)能夠突破經(jīng)典成像的信噪比極限，每個(gè)像素僅探測一個(gè)光子，也能夠復(fù)原出物體的三維圖像，從而能夠提升現(xiàn)有遙感和偵察系統(tǒng)的工作距離和成像質(zhì)量。又例如，對于隱藏在角落的物體，可以通過計(jì)算光子在墻面的散射和飛行過程，復(fù)原出視線外物體的三維圖像，從而對隱藏的物體進(jìn)行識別和跟蹤，這是有望應(yīng)用于安防等特殊場合的新技術(shù)。
　　
　　實(shí)現(xiàn)高性能單光子成像的核心在于聯(lián)合開發(fā)高性能的成像芯片以及基于芯片和攝像場景的重構(gòu)算法，這也是我們研究的主要內(nèi)容。超導(dǎo)探測器通常具備比半導(dǎo)體探測器更加*的性能，因此在科學(xué)研究、空間探測等追求極限指標(biāo)的場合，發(fā)揮著*的作用，這一點(diǎn)也體現(xiàn)在單光子探測器領(lǐng)域。成像算法就是從成像器件采集的數(shù)據(jù)推算出成像物體的物理參數(shù)的反向映射。

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