济南量子技术研究院

JINAN INSTITUTE OF QUANTUM TECHNOLOGY

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创造技术里程碑! 济南量子技术研究院实现高精度非视域成像

发布时间:

2021-07-30

日前,济南量子技术研究院执行院长张强教授、谢秀平研究员、郑名扬副研究员等与中国科大潘建伟院士团队合作,利用频率上转换单光子探测技术,实验实现毫米级非视域三维成像,这是目前非视域成像的最高精度,为该技术的实用化发展开辟新道路。7月28日,该研究成果作为编辑推荐文章发表在国际知名学术期刊《物理评论快报》上,并被美国物理协会下属网站Physics SYNOPSIS栏目专题报道。


传统光学成像手段只能对相机视场范围内的目标物体进行成像。非视域成像利用单光子探测技术记录单个光子的飞行时间信息,结合相关计算成像算法,可以实现对相机视场范围外的目标成像。该技术在医疗、勘探、侦察等领域具有广泛的应用价值。在非视域成像技术中,由于光子的飞行时间信息包含了物体间的相对空间位置信息,故对光子飞行时间记录的精度会直接影响物体三维空间重构的精度。传统的非视域成像实验受限于单光子探测器的时间分辨能力(最优几十皮秒),其成像精度仅能达到厘米级。


研究团队利用脉冲泵浦频率上转换探测技术,实现了时间分辨能力达到1.4皮秒的近红外单光子探测器,并通过长波泵浦和时间域滤波方式将探测器的暗计数降低至5Hz(详见图1)。利用该单光子探测器所搭建的非视域成像系统,一方面借助于对漫反射墙回波和目标物体信号回波的分时探测,成功解决了非视域成像技术中难以实现完全同轴的成像系统的问题;另一方面借助于高时间分辨能力,成功实现了对视域外目标物体的高精度三维重构,其横向空间分辨能力达到2mm,纵向空间分辨能力达到0.18mm。最终,研究团队成功对视域外毫米级大小的字母实现了高精度非视域成像(详见图2)。


《物理评论快报》杂志审稿人给予这项研究高度评价,称赞“该工作对于非视域成像领域的研究工作者来说极为有趣,是一项重要的技术里程碑”(This work is an important technical milestone, which will be very interesting to everyone working in the field of (NLOS) imaging.)。该工作有望在非视域目标探测、紧急救援、智能驾驶等领域得到应用。


未来,研究院将紧紧扭住技术创新这个战略基点,瞄准世界量子科技发展方向,对标对表国家和省市战略谋划,加速推动应用基础研究和成果转化,为济南高新区建设“世界一流高科技园区”,为济南建设黄河流域中心城市贡献力量。

博士生汪斌和副研究员郑名扬为文章的共同第一作者。该工作得到科技部、基金委、山东省、安徽省等部门的资助和支持。

论文链接: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.053602

Physics网站新闻链接: https://physics.aps.org/articles/v14/s97


图1. (a). 高精度非视域成像装置,(b). 脉冲泵浦上转换单光子探测器时间分辨力实验结果,(c). 脉冲泵浦上转换单光子探测器探测效率及暗计数实验结果。

图2. (a). 成像目标文字,(b). 本工作非视域成像结果, (c). 传统非视域成像结果。