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有望应用在反恐防暴和紧急救援等,中国科学家实现最高精度毫米级非视域成像
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来源:上观新闻 作者:黄海华 2021-07-30 12:31
摘要:一项重要的技术里程碑

传统光学成像手段只能对相机视场范围内的目标物体进行成像,非视域成像则可以实现对相机视场范围外的目标成像,在反恐侦察、医疗检测等领域具有广泛的应用价值。不过,非视域成像实验受限于单光子探测器的时间分辨能力(最优只有几十皮秒),其成像精度仅能达到厘米级。

日前,中国科学技术大学潘建伟、张强、徐飞虎等人与济南量子技术研究院合作,利用频率上转换单光子探测技术,实验实现了毫米级非视域三维成像,是目前非视域成像的最高精度,为该技术的实用化发展开辟了新道路。

在非视域成像技术中,利用单光子探测技术记录单个光子的飞行时间信息,结合相关计算成像算法,可以实现对相机视场范围外的目标成像。由于光子的飞行时间信息包含了物体间的相对空间位置信息,故对光子飞行时间记录的精度会直接影响物体三维空间重构的精度。

中国科大研究团队利用脉冲泵浦频率上转换探测技术,实现了时间分辨能力达到1.4皮秒的近红外单光子探测器。利用该单光子探测器所搭建的非视域成像系统,一方面借助于对漫反射墙回波和目标物体信号回波的分时探测,成功解决了非视域成像技术中难以实现完全同轴的成像系统的问题;另一方面借助于高时间分辨能力,成功实现了对视域外目标物体的高精度三维重构,其横向空间分辨能力达到2mm,纵向空间分辨能力达到0.18mm。最终,研究团队成功对视域外毫米级大小的字母实现了高精度非视域成像。


(a)成像目标文字(b)本工作非视域成像结果 (c)传统非视域成像结果

该工作有望在非视域目标探测、反恐防暴、紧急救援、智能驾驶等领域得到应用。

该研究成果于2021年7月28日发表在国际知名学术期刊《物理评论快报》上,并被美国物理协会下属网站专题报道。《物理评论快报》的审稿人给予高度评价,称赞“该工作对于非视域成像领域的研究工作者来说极为有趣,是一项重要的技术里程碑”。

栏目主编:黄海华 文字编辑:黄海华 题图来源:图虫 图片编辑:徐佳敏
内图由中科大提供
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