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展開辟了新道路。

 

研究成果于2021年7月28日發表在國際知名學術期刊《物理評論快報》上，并被美國物理協會下屬網站Physics SYNOPSIS欄目專題報道。

 

Physics網站新聞截圖

 

傳統光學成像手段只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（最優幾十皮秒），其成像精度僅能達到厘米級。

 

 

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。

 

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完全同軸的成像系統的問題；另一方面借助于高時間分辨能力，成功實現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了高精度非視域成像（詳見圖2）。

 

 

 

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。

 

《物理評論快報》雜志的審稿人給予高度評價，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，該工作得到科技部、基金委、山東省、安徽省等的資助和支持。

 

 

 

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.053602