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

盖世汽车讯 据外媒报道，在地球上进行远距离拍摄是一项棘手的挑战，而且远距离从一个物体捕获足够的光线并非易事。此外，大气层还会造成扭曲，让图像失真，而且严重的空气污染也会造成同样的结果。因而，获得几公里以外物体的图像是很难做到的。但近年来，研究人员开始利用敏感光电检测器实现更好地结果。此类检测器非常敏感，能够捕捉到单个光子，并利用光子拼接成10公里（6英里）以外物体的图像。

但是，物理学家们还是希望能够进一步提升性能。因此，中国上海理工大学（University of Science and Technology in Shanghai）研究人员Zheng-Ping Li及其同事研发出一种基于激光雷达的系统，能够在烟雾弥漫的城市环境中拍摄45公里（28英里）以外的物体。该技术使用单光子侦测器，结合独特算法，将最稀疏的数据点“编织”在一起，生成超高分辨率的图像。

该新技术原则上相对简单，基于激光测距和探测（激光雷达），使用激光照射物体，然后利用反射光生成图像。此类主动成像技术的一大优点是，在特定时间内（取决于距离），物体反射回来的光子会回到侦测器，因此，在特定时间以外反射回来的光子就可以忽略。“限定时间”可大大降低环境中其他地方反射回来的无用光子产生的噪音，从而使雷达激光系统具有高度灵敏度和距离探测精度。

为了让新系统在城市环境中表现得更好，Zheng-Ping和他的同事采用了一种波长为1550纳米、重复频率为1万赫兹、功率为120毫瓦的红外激光。该系统的波长对人眼很安全，因而可以让研究团队过滤掉会破坏侦测器的太阳光子。

研究人员使用同样的光学设备（一个孔径为280厘米的普通天文学望远镜）来发送和接收此类光子，反射回来的光子使用商用单光子侦测器进行侦测。为了生成图像，研究人员使用能够左右上下倾斜的压电控制反射镜（a piezo-controlled mirror）扫描视野区域。通过此种方式，研究人员创建了二维图像。但通过改变“限定时间”，研究人员可以从不同距离接收到反射回来的光子，从而构建三维图像。此外，该团队还研发了一种利用单光子数据编织图像的算法。

研究小组在上海崇明岛一幢建筑的第20层安装了该台新型摄像机，并将其对准了河对岸约40公里以外的浦东民航大厦。使用普通望远镜拍摄的图像显示的只有噪音，但是该新技术生成的图像空间分辨率约为60厘米，可以解决建筑物窗户的限制问题。研究小组表示：“此次结果证明，近红外单光子激光雷达系统在烟雾中分辨目标物体的能力非常卓越。”

传统上而言，45公里的衍射（电磁波遇到障碍物时偏离原来直线传播）极限为1米，新技术明显比这要好，而且比最新研发的算法也要好。此次研究还表明了该技术能够在日光下拍摄21公里外的物体图像。Zheng-Ping及其同事表示：“我们的研究结果为超远距离内的高分辨率、快速、低功耗的3D光学成像开辟了新领域。”

此外，该技术将有着广泛的应用，例如遥感、空中监视以及自动驾驶汽车的目标识别和认证。而且，整个设备的尺寸只有鞋盒大小，非常便携。

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