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目前最高精度,中國科大實現毫米級非視域三維成像

IT之傢 7 月 31 日消息 據中國科大網站,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,利用頻率上轉換單光子探測技術,實驗實現瞭毫米級非視域三維成像,是目前非視域成像的最高精度。

據介紹,傳統光學成像手段隻能對相機視場范圍內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,可以實現對相機視場范圍外的目標成像。該技術在反恐偵察、醫療檢測等領域具有廣泛的應用價值。在非視域成像技術中,由於光子的飛行時間信息包含瞭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。傳統的非視域成像實驗受限於單光子探測器的時間分辨能力(最優幾十皮秒),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換探測技術,實現瞭時間分辨能力達到 1.4 皮秒的近紅外單光子探測器,並通過長波泵浦和時間域濾波方式將探測器的暗計數降低至 5Hz(詳見圖 1)。利用該單光子探測器所搭建的非視域成像系統,一方面借助於對漫反射墻回波和目標物體信號回波的分時探測,成功解決瞭非視域成像技術中難以實現完全同軸的成像系統的問題;另一方面借助於高時間分辨能力,成功實現瞭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瞭高精度非視域成像(詳見圖 2)。

▲ 圖 1. (a). 高精度非視域成像裝置,(b). 脈沖泵浦上轉換單光子探測器時間分辨力實驗結果,(c). 脈沖泵浦上轉換單光子探測器探測效率及暗計數實驗結果 | 圖源:中國科大網站

▲ 圖 2. (a). 成像目標文字,(b). 本工作非視域成像結果,(c). 傳統非視域成像結果。

IT之傢瞭解到,研究成果於 2021 年 7 月 28 日發表在國際知名學術期刊《物理評論快報》上。

論文鏈接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.053602

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