看你看我

中国科大实现200公里单光子三维成像

发布时间:2020-03-23     来源于:上海研究院

中国(guo)科学(xue)技术大(da)学(xue)教授潘建伟、徐飞虎等实现超过200公里(li)的(de)远距离(li)单光子(zi)三维成(cheng)像,首次将(jiang)成(cheng)像距离(li)从十公里(li)突破到(dao)百(bai)公里(li)量级,为远距离(li)目标识别、对地观测等领域的(de)应用开辟了新(xin)道(dao)路。该(gai)成(cheng)果于(yu)近期发表在国(guo)际(ji)学(xue)术知名期刊《Optica》上(shang)[Optica 8,344-349, 2021]。

如何“看得更(geng)远、看得更(geng)清”是人类对(dui)视觉感(gan)知的(de)(de)不懈追求(qiu)。近年来(lai)发(fa)展的(de)(de)激(ji)光(guang)(guang)(guang)雷(lei)达成像技术能够(gou)对(dui)目标场景(jing)进行(xing)高精度三维成像。单(dan)光(guang)(guang)(guang)子(zi)成像雷(lei)达作为一种(zhong)具有单(dan)光(guang)(guang)(guang)子(zi)级探测灵敏度和(he)皮秒级时间(jian)分辨(bian)率的(de)(de)新兴激(ji)光(guang)(guang)(guang)雷(lei)达成像技术,是实(shi)现远距(ju)离光(guang)(guang)(guang)学成像的(de)(de)理想方案。然(ran)而,如何实(shi)现远距(ju)离单(dan)光(guang)(guang)(guang)子(zi)成像雷(lei)达该领域(yu)的(de)(de)研(yan)究热点。随(sui)着(zhe)成像距(ju)离的(de)(de)拓展,从目标返回的(de)(de)信(xin)号光(guang)(guang)(guang)子(zi)急剧减(jian)少;大(da)(da)气扰动和(he)散射、太阳背(bei)景(jing)、单(dan)光(guang)(guang)(guang)子(zi)探测器的(de)(de)暗(an)电流等方面会带来(lai)大(da)(da)量(liang)的(de)(de)背(bei)景(jing)噪(zao)声;简单(dan)的(de)(de)提高激(ji)光(guang)(guang)(guang)功率无法解决远距(ju)离条件(jian)下信(xin)噪(zao)比极低(di)的(de)(de)问题;因此(ci),实(shi)现远距(ju)离成像雷(lei)达面临着(zhe)巨(ju)大(da)(da)挑战。

潘(pan)建伟、徐飞虎研究组经(jing)过(guo)长期的(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)算(suan)法(fa)和(he)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)学技(ji)(ji)(ji)术攻关,发展(zhan)了单(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)像(xiang)素(su)单(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)算(suan)法(fa)、近红(hong)外波段(duan)高(gao)效(xiao)(xiao)率单(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)收集和(he)探测、近衍(yan)射极限收发一体光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)学控制(zhi)等(deng)核心技(ji)(ji)(ji)术。研究团队于(yu)2019年在(zai)城市环境中实现了距(ju)离(li)达(da)45公(gong)里(li)的(de)(de)(de)单(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)三维成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)[Photonics Research 8, 1532(2020)],突破(po)了由(you)英(ying)国哈利(li)瓦特大(da)学保持(chi)的(de)(de)(de)最(zui)远距(ju)离(li)纪录(10公(gong)里(li))。在(zai)此基(ji)础上(shang)(shang),研究团队通过(guo)进(jin)一步技(ji)(ji)(ji)术突破(po),将成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)距(ju)离(li)拓(tuo)展(zhan)到201.5公(gong)里(li),成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)灵敏度(du)达(da)到平(ping)均每个(ge)像(xiang)素(su)0.4个(ge)信号光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)[Optica 8,344, 2021]。为了实现百公(gong)里(li)单(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang),研究团队搭建了全新(xin)的(de)(de)(de)单(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)雷达(da)系统(图(tu)1),并(bing)发展(zhan)了针(zhen)对远距(ju)离(li)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)的(de)(de)(de)多(duo)项(xiang)新(xin)技(ji)(ji)(ji)术,包括原创的(de)(de)(de)时间滤波抑制(zhi)噪声技(ji)(ji)(ji)术(提高(gao)信噪比达(da)50倍(bei)),自(zi)主(zhu)研制(zhi)的(de)(de)(de)小型化(hua)高(gao)效(xiao)(xiao)率、低噪声铟镓(jia)砷红(hong)外单(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)探测器(探测效(xiao)(xiao)率19.3%, 暗计数0.1kHz),对整套光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)学系统进(jin)行光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)学镀膜(mo)(系统透过(guo)率提高(gao)2倍(bei))等(deng)。基(ji)于(yu)此单(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)雷达(da)系统,研究人员于(yu)2020年1月在(zai)新(xin)疆(jiang)的(de)(de)(de)高(gao)山上(shang)(shang)对百公(gong)里(li)外的(de)(de)(de)多(duo)个(ge)目(mu)标进(jin)行三维成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)(图(tu)2),并(bing)测试了单(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)计算(suan)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)算(suan)法(fa);结果显示该系统可以在(zai)200公(gong)里(li)范围内进(jin)行精(jing)确(que)的(de)(de)(de)三维成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang),成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)灵敏度(du)达(da)到单(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)像(xiang)素(su)单(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)。

该研究(jiu)工作(zuo)对于面向低功耗、高分辨率等实用化需求的(de)(de)远距离激光雷达研究(jiu)具有重要应用价值。审稿(gao)人对该工作(zuo)给予高度评价,称赞“在(zai)远距离成像上的(de)(de)成就(jiu)令人印象深刻(ke)”(the achievement of long-range imaging is impressive)、“在(zai)远距离单光子成像中(zhong)的(de)(de)一次壮举”(an almost “heroic” attempt at single photon lidar imaging at very long distances)。

中国科学技术(shu)大学博士生(sheng)黎(li)正平(ping)、叶俊天(tian)和(he)黄鑫是本论文的(de)共同第一作者。该工(gong)作得到科技部、基金委、中科院、安徽省和(he)上海市等部门(men)的(de)资助(zhu)和(he)支持。

论文链接:

“”

图(tu)(tu)1:单(dan)光(guang)子成像实(shi)(shi)验(yan)装置图(tu)(tu):(a)201.5 km外目标的可见光(guang)相机图(tu)(tu),(b)光(guang)学(xue)系统示意图(tu)(tu),(c)实(shi)(shi)验(yan)装置实(shi)(shi)物(wu),(d)实(shi)(shi)验(yan)场地图(tu)(tu)。

“”

图(tu)2:201.5 km成像结(jie)(jie)果(a)可见光相(xiang)机图(tu),(b)算法重(zhong)构(gou)结(jie)(jie)果图(tu),(c)重(zhong)构(gou)结(jie)(jie)果立体视图(tu)。

 

 

 

(合肥(fei)微(wei)尺度(du)物质(zhi)科学国家研(yan)究(jiu)中(zhong)心、物理学院、中(zhong)科院量(liang)子(zi)信息与量(liang)子(zi)科技创新研(yan)究(jiu)院、科研(yan)部)


xml地图 | sitemap地图
郑州学校战时状态
分享到:QQ空间新浪微博腾讯微博人人网微信
武炼巅峰 凯特王妃 极限挑战宝藏行 千古玦尘 地下城与勇士 Upperground 武炼巅峰 狐妖小红娘 丰田 鞠婧祎 1921 凯特王妃 鸿星尔克评论心酸 周杰伦 传世之爱 丰田 东京奥运今日启幕 桂纶镁 冰血暴 韩国女团 东京奥运今日看点 冒险岛 杨幂 变成你的那一天 海贼王 造梦西游3 上海36.2万人转移朱婷手腕伤情严重 汪峰新歌 超强台风 雷神 陈情令 奔跑吧 全职法师 起风了 赵云 名侦探柯南 神奇之旅 杨紫 5566 我很愉快 我们的新时代 看你看我 遇见爱情的利先生 英超 奥运或因疫情取消 辽宁新增2例本土确诊病例 格力研发空调发电 觉醒年代 天龙八部 斗破苍穹 两小无猜 冒牌英雄 300英雄 今年盛夏气候预测 澳大利亚vs西班牙 密室大逃脱 | 下一页
Baidu
sogou
百度 搜狗 360