（圖片來源：technologyreview.com）

據(jù)外媒報(bào)道，在地球上進(jìn)行遠(yuǎn)距離拍攝是一項(xiàng)棘手的挑戰(zhàn)，而且遠(yuǎn)距離從一個(gè)物體捕獲足夠的光線并非易事。此外，大氣層還會(huì)造成扭曲，讓圖像失真，而且嚴(yán)重的空氣污染也會(huì)造成同樣的結(jié)果。因而，獲得幾公里以外物體的圖像是很難做到的。但近年來，研究人員開始利用敏感光電檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)更好地結(jié)果。此類檢測(cè)器非常敏感，能夠捕捉到單個(gè)光子，并利用光子拼接成10公里（6英里）以外物體的圖像。

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(guó)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(cè)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(jiǎn)單，基于激光測(cè)距和探測(cè)（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(cè)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(wú)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(cè)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(zhǎng)為1550納米、重復(fù)頻率為1萬(wàn)赫茲、功率為120毫瓦的紅外激光。該系統(tǒng)的波長(zhǎng)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(cè)器的太陽(yáng)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(cè)器進(jìn)行偵測(cè)。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?！?

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。