（圖片來源：technologyreview.com）

　　據(jù)外媒報道，在地球上進行遠距離拍攝是一項棘手的挑戰(zhàn)，而且遠距離從一個物體捕獲足夠的光線并非易事。此外，大氣層還會造成扭曲，讓圖像失真，而且嚴重的空氣污染也會造成同樣的結果。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器實現(xiàn)更好地結果。此類檢測器非常敏感，能夠捕捉到單個光子，并利用光子拼接成10公里（6英里）以外物體的圖像。

　　但是，物理學家們還是希望能夠進一步提升性能。因此，中國上海理工大學（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。該技術使用單光子偵測器，結合獨特算法，將最稀疏的數(shù)據(jù)點“編織”在一起，生成超高分辨率的圖像。

　　該新技術原則上相對簡單，基于激光測距和探測（激光雷達），使用激光照射物體，然后利用反射光生成圖像。此類主動成像技術的一大優(yōu)點是，在特定時間內（取決于距離），物體反射回來的光子會回到偵測器，因此，在特定時間以外反射回來的光子就可以忽略。“限定時間”可大大降低環(huán)境中其他地方反射回來的無用光子產生的噪音，從而使雷達激光系統(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)的波長對人眼很安全，因而可以讓研究團隊過濾掉會破壞偵測器的太陽光子。

　　研究人員使用同樣的光學設備（一個孔徑為280厘米的普通天文學望遠鏡）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，從而構建三維圖像。此外，該團隊還研發(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層安裝了該臺新型攝像機，并將其對準了河對岸約40公里以外的浦東民航大廈。使用普通望遠鏡拍攝的圖像顯示的只有噪音，但是該新技術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：“此次結果證明，近紅外單光子激光雷達系統(tǒng)在煙霧中分辨目標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偏離原來直線傳播）極限為1米，新技術明顯比這要好，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：“我們的研究結果為超遠距離內的高分辨率、快速、低功耗的3D光學成像開辟了新領域。”

　　此外，該技術將有著廣泛的應用，例如遙感、空中監(jiān)視以及自動駕駛汽車的目標識別和認證。而且，整個設備的尺寸只有鞋盒大小，非常便攜。