上海理工大学研发基于激光雷达的摄像机 可清晰拍摄45公里以外物体图像

据外媒报道，地球上的远距离摄影是一项具有挑战性的任务，从远距离拍摄足够的物体光线并不容易。此外，大气也会造成失真，造成图像失真，严重的空气污染也会造成同样的结果。因此，很难获得几公里外物体的图像。但近年来，研究人员已经开始使用灵敏的光电探测器来获得更好的结果。这种类型的探测器非常灵敏，可以捕获单个光子，并使用该光子连接10公里外物体的图像。然而，物理学家仍然希望进一步提高性能。因此，中国上海理工大学的李正平研究员和同事开发了一种基于激光雷达的系统，可以在烟雾弥漫的城市环境中捕捉45公里外的物体。这项技术使用单光子探测器，结合独特的算法，将最稀疏的数据点“编织”在一起，生成超高分辨率图像。这项新技术原理上相对简单，基于激光测距和检测，使用激光照射物体，然后使用反射光生成图像。这种类型的主动成像技术的一个主要优点是，在特定时间内，物体反射的光子将返回探测器，因此在特定时间外反射的光子可以被忽略。“有限的时间”可以大大减少从环境其他部分反射回来的无用光子产生的噪声，从而使雷达激光系统在距离检测方面具有高度的灵敏度和准确性。为了使新系统在城市环境中表现更好，郑平和他的同事使用了波长为1550纳米、重复频率为10000赫兹、功率为120毫瓦的红外激光器。该系统的波长对人眼来说非常安全，因此它使研究团队能够过滤掉可能损坏探测器的太阳光子。研究人员使用相同的光学设备发送和接收此类光子，反射的光子使用商业单光子探测器进行检测。为了生成图像，研究人员使用了可以向左、向右、向上和向下倾斜的压电控制镜来扫描视野。通过这种方式，研究人员创建了二维图像。但通过改变“有限的时间”，研究人员可以接收来自不同距离的反射光子，从而构建三维图像。此外，该团队还开发了一种使用单光子数据编织图像的算法。研究小组将新相机安装在上海崇明岛一栋大楼的20层，并将其对准了河对岸约40公里的浦东民航大楼。使用普通望远镜拍摄的图像只显示噪音，但这项新技术生成的图像的空间分辨率约为60厘米，可以解决建筑窗户受限的问题。研究团队表示，“这一结果证明了近红外单光子激光雷达系统具有出色的识别烟雾中目标物体的能力。”传统上，45公里的衍射极限为1米，新技术明显优于此，也优于最新开发的算法。这项研究还表明，该技术可以在阳光下拍摄21公里外物体的图像。郑平和他的同事说：“我们的研究成果为超长距离高分辨率、快速、低功耗的3D光学成像开辟了一个新领域。”此外，这项技术将有广泛的应用，如遥感、空中监视、自动驾驶汽车的目标识别和认证。此外，整个设备只有一个鞋盒大小，因此非常便携。

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