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中国研究人员将非视距成像扩展至更长的波长 有助于提升自动驾驶汽车安全性

盖世汽车 Fairy 2023-12-04 09:35:56

盖世汽车讯 即使物体被隐藏在角落或者在墙后面,非视距成像等新兴技术仍然可以探测到。据外媒报道,在中国天津大学的一项新研究中,研究人员采用了一种新型探测器将此类技术的探测范围从可见光扩展至近红外和中红外波长范围,该项进步对于无人驾驶汽车、机器人视觉、内窥镜等应用将特别有用。

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非视距成像(图片来源:天津大学)

天津大学胡小龙表示:“红外非视距成像通过帮助无人驾驶汽车探测和绕开无法直接看见的障碍物,可提升无人驾驶汽车的安全性和效率。”胡小龙团队正与天津大学杨敬钰领导的一支团队合作。“采用近红外波长可以帮助减少用眼安全的担忧,降低背景噪音,或能够在白天对更远距离的物体成像。”

在相关论文中,研究人员描述了进行非视距成像的首次演示过程,采用的是称为超导纳米线单光子探测器的先进光敏元件。该探测器从X射线到中红外波长范围都具有单光子灵敏度,让研究人员可将该成像技术的可用光谱范围扩展至近红外和中长红外波长范围(1560纳米和1997纳米)。此外,研究人员还研发了一种新算法,以进一步改进该系统获取的图像。

胡小龙表示:“该原理验证演示为更多研究机会和潜在应用打开了大门,将非视距成像的光谱范围扩展至中红外波长范围,从而为很多应用带来了优势。除了改进机器人和车辆的导航能力,新技术还能够改进生物成像的信噪比。”

打造一只灵敏的眼睛

非视距成像技术采用光电探测器探测视线以外的物体发射或反射的多束反射光。与激光雷达和摄影等传统的视距成像技术不同,非视距成像探测到的光非常微弱,这就需要灵敏度非常高的探测器。

胡小龙表示:“我们设计并打造了一个超导纳米线单光子探测器,就像一只非常灵敏的眼睛,能够看到隐藏在角落里的物体。该探测器在近红外和中红外光谱范围内的探测效率高于其他单光子探测器,因而使得在更长波长内实现非视距成像成为可能。”

超导纳米线单光子探测器基于单光子会破坏超导性这一事实打造,能够对电阻变化进行测量,从而可高效地探测单个光子。在该项新研究中,研究人员打造的单光子探测器具有40纳米宽的纳米线,以分形图案排列。此种图案在不同的放大倍数下都表现出类似的形状,因而可以有效探测所有偏振态的光子。该探测器可被冷却到约~2 K(略高于绝对零度),这也是实现超导性的必要条件。

红外成像

该超导纳米线单光子探测器与InGaAs/InP单光子雪崩二极管相比,具有更好的时间分辨率和更低的噪声。在演示后,研究人员采用该新款探测器在1560纳米和1997纳米波长范围内实现了非视距成像,而且在上述两种波长范围内的空间分辨率达到小于2厘米。他们还表示,采用新算法重建的图像与采用其他方法重建的图像相比,具有更低的均方根误差(与理想图像的偏差)。

目前,研究人员正在扩展研究范围,探索其他波长,并研究如何将多个超导纳米线单光子探测器排列成阵列,以实现额外的功能。研究人员还想使用新系统在白天、在更长的距离内实现非视距成像。

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