中國科大實現(xiàn)高精度非視域成像

中國科學技術大學教授潘建偉、張強、徐飛虎等與濟南量子技術研究院合作，利用頻率上轉(zhuǎn)換單光子探測技術，實驗實現(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，為該技術的實用化發(fā)展開辟了新道路。研究成果于2021年7月28日發(fā)表在國際知名學術期刊《物理評論快報》上，并被美國物理協(xié)會下屬網(wǎng)站Physics SYNOPSIS欄目專題報道。

傳統(tǒng)光學成像手段只能對相機視場范圍內(nèi)的目標物體進行成像。非視域成像利用單光子探測技術記錄單個光子的飛行時間信息，結合相關計算成像算法，可以實現(xiàn)對相機視場范圍外的目標成像。該技術在反恐偵察、醫(yī)療檢測等領域具有廣泛的應用價值。在非視域成像技術中，由于光子的飛行時間信息包含了物體間的相對空間位置信息，故對光子飛行時間記錄的精度會直接影響物體三維空間重構的精度。傳統(tǒng)的非視域成像實驗受限于單光子探測器的時間分辨能力（最優(yōu)幾十皮秒），其成像精度僅能達到厘米級。

中國科大研究團隊利用脈沖泵浦頻率上轉(zhuǎn)換探測技術，實現(xiàn)了時間分辨能力達到1.4皮秒的近紅外單光子探測器，并通過長波泵浦和時間域濾波方式將探測器的暗計數(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物體信號回波的分時探測，成功解決了非視域成像技術中難以實現(xiàn)完全同軸的成像系統(tǒng)的問題；另一方面借助于高時間分辨能力，成功實現(xiàn)了對視域外目標物體的高精度三維重構，其橫向空間分辨能力達到2mm，縱向空間分辨能力達到0.18mm。最終，研究團隊成功對視域外毫米級大小的字母實現(xiàn)了高精度非視域成像。

《物理評論快報》雜志的審稿人對此給予高度評價，稱贊“該工作對于非視域成像領域的研究工作者來說極為有趣，是一項重要的技術里程碑”[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探測、反恐防暴、緊急救援、智能駕駛等領域得到應用。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。