45公里外也能看到你微笑中国研发出长距离拍摄相机《资讯》

发布时间：2020-08-17 12:17:12 阅读：次来源：冲击钻厂家

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作者：Emerging Technology from the arXiv

长距离摄影一直是一个棘手的挑战。在很远的距离上很难从一个物体上捕获足够的光，而且，受到大气的干扰扭曲，也会破坏图像；同时污染也是城市中的一个特殊问题。这使得在几公里左右的距离之外很难获得任何图像（假设摄像机安装在离地足够高的地方以应付地球的曲率）。

但近年来，研究人员开始利用敏感的光电探测器进行改进。这些探测器非常灵敏，它们可以接收到单个光子，并用它们将距离10公里（6英里）远的物体的图像拼凑在一起。

尽管如此，物理学家们还是希望改进得更多。近日，来自中国科学技术大学的团队展示了如何在有雾霾的城市环境中拍摄距离远达45公里的拍摄对象。他们的技术使用单光子探测器结合的计算成像算法，通过将最稀疏的数据点编织在一起来实现超高分辨率图像。

这项新技术原则上相对简单。它基于激光测距，或者激光雷达用激光照射物体，然后用反射光生成图像。

这种主动成像的最大优点是，受试者反射的光子在特定时间范围内返回探测器，该时间长短取决于距离。因此，任何到达该窗口之外的光子都可以被忽略。

这种“门控”可以显著降低环境中其他地方不需要的光子产生的噪声。由激光雷达系统高度敏感和距离特定。

为了使这个新系统在城市环境中变得更好，研究人员使用了波长为1550纳米、重复频率为100千赫、功率为120毫瓦的红外激光器。这个波长不会伤害眼睛，并可以过滤掉干扰性的太阳光子。

研究人员通过相同的光学仪器发送和接收这些光子，这是一个孔径为280毫米的普通天文望远镜。反射光子随后由商用单光子探测器检测。为了创建一个图像，研究人员使用一个压电控制的镜子来扫描视野，这种镜子可以上下左右倾斜。

这样，他们就可以创建二维图像。但是，通过改变选通时间，他们可以从不同的距离接收光子反射来构建3D图像。

该小组的最后一项进展是开发一种使用单光子数据将图像拼接在一起的算法。近年来，这种计算成像技术突飞猛进，使得研究人员能够从相对较小的数据集中创建图像。

研究小组在上海崇明岛的一栋大楼的20层安装了这种新摄像机，并将它指向河对岸的浦东民航大楼，大约45公里远。

通过望远镜拍摄的传统图像只显示噪音。但新技术产生的图像的空间分辨率约为60厘米，解决了建筑窗口。研究小组说：“这一结果证明了近红外单光子激光雷达系统在烟雾中探测目标方面的优越能力。”

这也明显优于传统的45公里1米衍射极限，当然也比其他最近开发的算法好。这些图像显示了这项技术在白天从21公里外拍摄成像的潜力。“我们的结果为超远距离高分辨率、快速、低功耗的三维光学成像开辟了一个新的场所，”李正平和合作者说道。

这是一项有趣的工作，应用范围很广。该项研究成果未来可以用于监控、遥感，还可以作为机载设备或者投入无人驾驶汽车领域使用。而且，这款相机仅有鞋盒大小，携带方便。

李正平和他的合作者说，它可以得到显著的改善。他们说：“我们的系统可以通过改进设置在几百公里的范围内成像，因此代表着在超长距离内实现快速、低功率和高分辨率激光雷达的一个重要里程碑。”

所以保持微笑，他们可能在看。