我國實(shí)現(xiàn)200公里單光子三維成像 為遠(yuǎn)距離目標(biāo)識別等開辟新道路

記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校教授潘建偉、徐飛虎等實(shí)現(xiàn)超過200公里的遠(yuǎn)距離單光子三維成像，首次將成像距離從十公里突破到百公里量級，為遠(yuǎn)距離目標(biāo)識別、對地觀測等領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了新道路。成果日前發(fā)表在國際學(xué)術(shù)知名期刊《光學(xué)》上。

如何“看得更遠(yuǎn)、看得更清”是人類對視覺感知的不懈追求。近年來發(fā)展的激光雷達(dá)成像技術(shù)能夠?qū)δ繕?biāo)場景進(jìn)行高精度三維成像。單光子成像雷達(dá)作為一種具有單光子級探測靈敏度和皮秒級時間分辨率的新興激光雷達(dá)成像技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離光學(xué)成像的理想方案。然而，如何實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離單光子成像雷達(dá)該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。隨著成像距離的拓展，從目標(biāo)返回的信號光子急劇減少;大氣擾動和散射、太陽背景、單光子探測器的暗電流等方面會帶來大量的背景噪聲;簡單的提高激光功率無法解決遠(yuǎn)距離條件下信噪比極低的問題;因此，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離成像雷達(dá)面臨著巨大挑戰(zhàn)。

為了實(shí)現(xiàn)百公里單光子成像，研究團(tuán)隊(duì)搭建了全新的單光子雷達(dá)系統(tǒng)，并發(fā)展了針對遠(yuǎn)距離成像的多項(xiàng)新技術(shù)，包括原創(chuàng)的時間濾波抑制噪聲技術(shù)，提高信噪比達(dá)50倍。自主研制的小型化高效率、低噪聲銦鎵砷紅外單光子探測器，對整套光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行光學(xué)鍍膜等?；诖藛喂庾永走_(dá)系統(tǒng)，研究人員于2020年1月在新疆的高山上對百公里外的多個目標(biāo)進(jìn)行三維成像，并測試了單光子計(jì)算成像算法;結(jié)果顯示該系統(tǒng)可以在200公里范圍內(nèi)進(jìn)行精確的三維成像，成像靈敏度達(dá)到單像素單光子。

該研究工作對于面向低功耗、高分辨率等實(shí)用化需求的遠(yuǎn)距離激光雷達(dá)研究具有重要應(yīng)用價值。審稿人對該工作給予高度評價，稱贊“在遠(yuǎn)距離成像上的成就令人印象深刻” 、“在遠(yuǎn)距離單光子成像中的一次壯舉”。(吳長鋒)