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      關于單光子成像技術,你了解多少?

      發布時間: 2022-09-23  點擊次數: 329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)系統具有單光子靈敏度和皮秒時間分辨率,現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,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。
        
        量子信息技術的發展加深了我們對光的理解和操控,也啟發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,是光能被檢測到的最小能量單元。傳統相機通過對不同位置光強的探測,實現物體成像。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)和量子統計特性,引入計算攝像學的新技術,陸續涌現多種新型的單光子成像方法,實現了傳統技術無法達到的成像功能,開辟了新的科學研究方向。例如,當入射光已經微弱至傳統相機無法工作的強度時,技術能夠突破經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,從而能夠提升現有遙感和偵察系統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。
        
        實現高性能單光子成像的核心在于聯合開發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優越的性能,因此在科學研究、空間探測等追求極限指標的場合,發揮著特有的作用,這一點也體現在單光子探測器領域。成像算法就是從成像器件采集的數據推算出成像物體的物理參數的反向映射。
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