新兴的非视域成像技术可以检测到物体，即使它们在角落或墙后。在最新研究工作中，研究人员使用一种新型探测器将这种方法从可见光扩展到近红外和中红外波长，这一进步可能对无人驾驶车辆、机器人视觉、内窥镜和其他应用特别有用。
天津大学的胡小龙表示：“红外非视距成像可以通过帮助无人驾驶车辆检测和绕过不可直接看见的障碍物来提高无人驾驶车辆的安全性和效率。”他的团队与天津大学杨敬钰领导的小组合作。“使用近红外波长还可以帮助减少眼部安全问题，降低背景噪声，有可能在白天实现更长距离的成像。”
成像实验装置
在《光学快报》中，研究人员描述了使用一种称为超导纳米线单光子探测器的先进光传感元件进行的非视域成像的首次演示。该探测器具有从X射线到中红外波长的单光子灵敏度，使研究人员能够将成像技术的光谱范围扩展到1560和1997nm的近红外和中红外波长。研究人员还开发了一种新算法，以进一步改善该系统获得的图像。
胡小龙说：“这一原理验证演示为更多的研究机会和潜在应用打开了大门。将非视域成像推向中红外波长为许多应用带来了优势。除了改善机器人和车辆的导航外，它还可以提高生物成像的信噪比。”
创造敏感的眼睛
非视域成像技术使用光电探测器来探测从视线外物体发射或反射的多个反射光射线。与LiDAR和摄影等传统视线成像技术不同，非视域成像探测到的光线非常微弱。这需要非常高灵敏度的探测器。
研究人员创造了一种超导纳米线单光子探测器，纳米线以分形图案排列，将成像技术的光谱范围扩展到近红外和中红外波长。
胡小龙说：“我们设计并制造了一种超导纳米线单光子探测器，它就像一个非常灵敏的眼睛，可以发现隐藏在角落里的物体。这种探测器在近红外和中红外光谱范围内的探测效率优于其他单光子探测器，这使得在较长波长范围内进行非视域成像成为可能。”
超导纳米线单光子探测器基于这样一个事实，即单个光子会破坏超导性。这会在电阻上产生可测量的变化，从而高效地探测单个光子。在这项新工作中，研究人员创造了一种单光子探测器，其40纳米宽的纳米线以分形图案排列。
这种在不同放大倍数下呈现出相似形状的模式，使得有效探测所有偏振态的光子成为可能。探测器被冷却到~2 K（刚好高于绝对零度），这是实现超导所必需的。
红外成像
在证明他们的超导纳米线单光子探测器比InGaAs/InP单光子雪崩二极管具有更好的时间分辨率和更低的噪声后，研究人员使用新的探测器在1560和1997 nm波长上获取非视距成像。他们在这两个波长上都达到了小于2 cm的空间分辨率。他们还表明，使用他们的新算法重建的图像具有比使用其他方法重建的图像明显更低的均方根误差，均方根误差是衡量与理想图像偏差的指标。
研究人员目前正致力于扩展他们的工作，探索其他感兴趣的波长，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。他们还希望尝试使用他们的新系统在白天实现长距离的非视距成像。
相关链接：https://phys.org/news/2023-11-non-line-of-sight-imaging-longer-wavelengths.html
论文链接：https://dx.doi.org/10.1364/OE.497802
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