看得更遠(yuǎn)、更清！中國科學(xué)家實(shí)現(xiàn)200公里單光子三維成像

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團(tuán)隊(duì)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(jí)，為遠(yuǎn)距離目標(biāo)識(shí)別、對(duì)地觀測等領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了新道路。該成果日期在國際學(xué)術(shù)期刊《光學(xué)》發(fā)表。

如何“看得更遠(yuǎn)、看得更清”是人類對(duì)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(jí)探測靈敏度和皮秒級(jí)時(shí)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)，是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過長期攻關(guān)，發(fā)展了單像素單光子成像算法等核心技術(shù)，2019年在城市環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了距離達(dá)45公里的單光子三維成像，突破了由英國哈利瓦特大學(xué)保持的最遠(yuǎn)距離紀(jì)錄（10公里）。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)通過進(jìn)一步技術(shù)突破，將成像距離拓展到201.5公里，成像靈敏度達(dá)到平均每個(gè)像素0.4個(gè)信號(hào)光子。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(duì)遠(yuǎn)距離成像的多項(xiàng)新技術(shù)。基于此單光子雷達(dá)系統(tǒng)，研究人員在新疆的高山上對(duì)百公里外的多個(gè)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。

據(jù)介紹，該研究工作對(duì)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(jià)值。（總臺(tái)央視記者 帥俊全）