近日，我國(guó)利用頻率上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)技術(shù)，實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了毫米級(jí)非視域三維成像，比之前的分辨率提高1個(gè)數(shù)量級(jí)，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(kāi)辟了新道路。
非視域(Non-Line-of-Sight，簡(jiǎn)稱NLOS)成像是一種針對(duì)隱藏物體成像的光學(xué)成像技術(shù)，即可以做到所謂“隔墻觀物”。這項(xiàng)技術(shù)在反恐防暴、醫(yī)療檢測(cè)、緊急救援、智能駕駛等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
非視域成像技術(shù)是近幾年新興的技術(shù)，目前主要是在科研創(chuàng)新階段，實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化剛剛起步。實(shí)用化需要解決快速探測(cè)、高精度成像、復(fù)雜場(chǎng)景成像等實(shí)際問(wèn)題。此項(xiàng)工作主要實(shí)現(xiàn)了高時(shí)間精度的單光子探測(cè)技術(shù)，基于此核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了目前最高精度(毫米精度)的非視域成像。
與傳統(tǒng)的光學(xué)成像相比，非視域成像分析多次反射的少量光子，而非一次反射直接進(jìn)入探測(cè)器的光子。因此，該過(guò)程在理論和實(shí)驗(yàn)上都涉及幾個(gè)挑戰(zhàn)，如成像算法、高效單光子檢測(cè)和光子飛行時(shí)間 (TOF) 測(cè)量的時(shí)間分辨率。非視域成像利用單光子探測(cè)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(duì)相機(jī)視場(chǎng)范圍外的目標(biāo)成像。
而本次研究中，中國(guó)科大研究團(tuán)隊(duì)利用脈沖泵浦頻率上轉(zhuǎn)換探測(cè)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(cè)器，并通過(guò)長(zhǎng)波泵浦和時(shí)間域?yàn)V波方式將探測(cè)器的暗計(jì)數(shù)降低至5Hz。
利用該單光子探測(cè)器所搭建的非視域成像系統(tǒng)，一方面借助于對(duì)漫反射墻回波和目標(biāo)物體信號(hào)回波的分時(shí)探測(cè)，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(wèn)題;另一方面借助于高時(shí)間分辨能力，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)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，與之前的結(jié)果相比提高了1個(gè)數(shù)量級(jí)。最終，研究團(tuán)隊(duì)成功對(duì)視域外毫米級(jí)大小的字母實(shí)現(xiàn)了高精度非視域成像。
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