但是,物理學(xué)家們還是希望能夠進(jìn)一步提升性能。因此,中國上海理工大學(xué)(University of Science and Technology in Shanghai)研究人員Zheng-Ping Li及其同事研發(fā)出一種基于激光雷達(dá)的系統(tǒng),能夠在煙霧彌漫的城市環(huán)境中拍攝45公里(28英里)以外的物體。該技術(shù)使用單光子偵測器,結(jié)合獨(dú)特算法,將最稀疏的數(shù)據(jù)點(diǎn)“編織”在一起,生成超高分辨率的圖像。
該新技術(shù)原則上相對(duì)簡單,基于激光測距和探測(激光雷達(dá)),使用激光照射物體,然后利用反射光生成圖像。此類主動(dòng)成像技術(shù)的一大優(yōu)點(diǎn)是,在特定時(shí)間內(nèi)(取決于距離),物體反射回來的光子會(huì)回到偵測器,因此,在特定時(shí)間以外反射回來的光子就可以忽略。“限定時(shí)間”可大大降低環(huán)境中其他地方反射回來的無用光子產(chǎn)生的噪音,從而使雷達(dá)激光系統(tǒng)具有高度靈敏度和距離探測精度。
為了讓新系統(tǒng)在城市環(huán)境中表現(xiàn)得更好,Zheng-Ping和他的同事采用了一種波長為1550納米、重復(fù)頻率為1萬赫茲、功率為120毫瓦的紅外激光。該系統(tǒng)的波長對(duì)人眼很安全,因而可以讓研究團(tuán)隊(duì)過濾掉會(huì)破壞偵測器的太陽光子。
研究人員使用同樣的光學(xué)設(shè)備(一個(gè)孔徑為280厘米的普通天文學(xué)望遠(yuǎn)鏡)來發(fā)送和接收此類光子,反射回來的光子使用商用單光子偵測器進(jìn)行偵測。為了生成圖像,研究人員使用能夠左右上下傾斜的壓電控制反射鏡(a piezo-controlled mirror)掃描視野區(qū)域。通過此種方式,研究人員創(chuàng)建了二維圖像。但通過改變“限定時(shí)間”,研究人員可以從不同距離接收到反射回來的光子,從而構(gòu)建三維圖像。此外,該團(tuán)隊(duì)還研發(fā)了一種利用單光子數(shù)據(jù)編織圖像的算法。
研究小組在上海崇明島一幢建筑的第20層安裝了該臺(tái)新型攝像機(jī),并將其對(duì)準(zhǔn)了河對(duì)岸約40公里以外的浦東民航大廈。使用普通望遠(yuǎn)鏡拍攝的圖像顯示的只有噪音,但是該新技術(shù)生成的圖像空間分辨率約為60厘米,可以解決建筑物窗戶的限制問題。研究小組表示:“此次結(jié)果證明,近紅外單光子激光雷達(dá)系統(tǒng)在煙霧中分辨目標(biāo)物體的能力非常卓越。”
傳統(tǒng)上而言,45公里的衍射(電磁波遇到障礙物時(shí)偏離原來直線傳播)極限為1米,新技術(shù)明顯比這要好,而且比最新研發(fā)的算法也要好。此次研究還表明了該技術(shù)能夠在日光下拍攝21公里外的物體圖像。Zheng-Ping及其同事表示:“我們的研究結(jié)果為超遠(yuǎn)距離內(nèi)的高分辨率、快速、低功耗的3D光學(xué)成像開辟了新領(lǐng)域?!?br />
此外,該技術(shù)將有著廣泛的應(yīng)用,例如遙感、空中監(jiān)視以及自動(dòng)駕駛汽車的目標(biāo)識(shí)別和認(rèn)證。而且,整個(gè)設(shè)備的尺寸只有鞋盒大小,非常便攜。
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