中國科大實(shí)現(xiàn)高精度非視域成像

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉、張強(qiáng)、徐飛虎等與濟(jì)南量子技術(shù)研究院合作，利用頻率上轉(zhuǎn)換單光子探測技術(shù)，實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了毫米級非視域三維成像，是目前非視域成像的最高精度，為該技術(shù)的實(shí)用化發(fā)展開辟了新道路。研究成果于2021年7月28日發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報(bào)》上，并被美國物理協(xié)會(huì)下屬網(wǎng)站Physics SYNOPSIS欄目專題報(bào)道。

傳統(tǒng)光學(xué)成像手段只能對相機(jī)視場范圍內(nèi)的目標(biāo)物體進(jìn)行成像。非視域成像利用單光子探測技術(shù)記錄單個(gè)光子的飛行時(shí)間信息，結(jié)合相關(guān)計(jì)算成像算法，可以實(shí)現(xiàn)對相機(jī)視場范圍外的目標(biāo)成像。該技術(shù)在反恐偵察、醫(yī)療檢測等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。在非視域成像技術(shù)中，由于光子的飛行時(shí)間信息包含了物體間的相對空間位置信息，故對光子飛行時(shí)間記錄的精度會(huì)直接影響物體三維空間重構(gòu)的精度。傳統(tǒng)的非視域成像實(shí)驗(yàn)受限于單光子探測器的時(shí)間分辨能力（最優(yōu)幾十皮秒），其成像精度僅能達(dá)到厘米級。

中國科大研究團(tuán)隊(duì)利用脈沖泵浦頻率上轉(zhuǎn)換探測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了時(shí)間分辨能力達(dá)到1.4皮秒的近紅外單光子探測器，并通過長波泵浦和時(shí)間域?yàn)V波方式將探測器的暗計(jì)數(shù)降低至5Hz。利用該單光子探測器所搭建的非視域成像系統(tǒng)，一方面借助于對漫反射墻回波和目標(biāo)物體信號回波的分時(shí)探測，成功解決了非視域成像技術(shù)中難以實(shí)現(xiàn)完全同軸的成像系統(tǒng)的問題；另一方面借助于高時(shí)間分辨能力，成功實(shí)現(xiàn)了對視域外目標(biāo)物體的高精度三維重構(gòu)，其橫向空間分辨能力達(dá)到2mm，縱向空間分辨能力達(dá)到0.18mm。最終，研究團(tuán)隊(duì)成功對視域外毫米級大小的字母實(shí)現(xiàn)了高精度非視域成像。

《物理評論快報(bào)》雜志的審稿人對此給予高度評價(jià)，稱贊“該工作對于非視域成像領(lǐng)域的研究工作者來說極為有趣，是一項(xiàng)重要的技術(shù)里程碑”[This work is an important technical milestone, which will be very interesting to everyone working in the field of (NLOS) imaging.]。該工作有望在非視域目標(biāo)探測、反恐防暴、緊急救援、智能駕駛等領(lǐng)域得到應(yīng)用。該研究工作得到科技部、基金委、山東省、安徽省等的資助和支持。