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關于單光子成像技術，你了解多少？

發(fā)布時間： 2022-09-23　　點擊次數(shù)： 1439次

　　單光子成像技術具有超高靈敏度和皮秒時間分辨率，在弱光信號感知與探測、遠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意義和廣泛的應用價值與前景。單光子探測與測距(LiDAR)系統(tǒng)具有單光子靈敏度和皮秒時間分辨率，現(xiàn)已被廣泛應用于主動成像領域。遠程主動成像是一個巨大的挑戰(zhàn)，由于光學衍射的限制，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，但其中摻雜著強背景噪聲。
　　
　　量子信息技術的發(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。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)相機通過對不同位置光強的探測，實現(xiàn)物體成像。它的核心就是通過探測每個光子的三維時空信息(x,y,t)，結合光子的統(tǒng)計特性重構出物體的圖像。
　　
　　利用光子的三維信息（x,y,t）和量子統(tǒng)計特性，引入計算攝像學的新技術，陸續(xù)涌現(xiàn)多種新型的單光子成像方法，實現(xiàn)了傳統(tǒng)技術無法達到的成像功能，開辟了新的科學研究方向。例如，當入射光已經(jīng)微弱至傳統(tǒng)相機無法工作的強度時，技術能夠突破經(jīng)典成像的信噪比極限，每個像素僅探測一個光子，也能夠復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量。又例如，對于隱藏在角落的物體，可以通過計算光子在墻面的散射和飛行過程，復原出視線外物體的三維圖像，從而對隱藏的物體進行識別和跟蹤，這是有望應用于安防等特殊場合的新技術。
　　
　　實現(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算法，這也是我們研究的主要內容。超導探測器通常具備比半導體探測器更加*的性能，因此在科學研究、空間探測等追求極限指標的場合，發(fā)揮著*的作用，這一點也體現(xiàn)在單光子探測器領域。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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