借助激光雷达来看透云雾

2020年9月15日-加利福尼亚州斯坦福大学的研究人员使用单光子雪崩二极管可以检测到单个光子的到达时间，精度达数十万亿秒，从而开发出了激光雷达能够透过不透明物体看到的系统。该技术具有自动驾驶汽车和卫星成像领域应用的潜力。

“在时序分辨率方面，该方法的灵敏度和准确性优于大多数检测器”电气工程专业的研究生，介绍该研究成果的论文的主要作者戴维·林德尔说。

Lindell说：“与其他激光雷达系统一样，它使用激光以短脉冲来照亮一个点，然后用超快检测器测量光子向后散射所需的时间。”

从1英寸厚的泡沫中可以看到反射字母“ S”的三维重建。，图片由斯坦福计算影像实验室提供。

Lindell说，“传统的激光雷达使用该时间延迟来测量到物体的距离，但前提是假定光子沿直接路径传播到物体并返回。”

“我们的系统是专门设计用来测量和处理光子到达时间的，这些光子在间接的，分散的路径上通过散射介质传播到一个隐藏物体并返回。”

当激光扫描障碍物（例如泡沫壁）时，一些光子将穿过并从隐藏的物体反弹，然后通过泡沫返回检测器。然后，受算法支持的软件分析这些传回来的信息（光子何时何地撞击探测器），以3D形式重构隐藏的对象。

“通过散射介质对物体成像的一个主要挑战是，我们的激光器发射的大多数光子不会散射回到探测器。我们只测量那些散射介质，被物体反射并散射回去的光子。”林德尔说。

对于诸如交通锥或路标之类的明亮反光物体，该系统能够在一分钟内提供信息。对于反射率较低的较暗物体，可能需要一个小时才能收集到足够的光子。

Lindell说：“但是，有一些可能的方法可以使系统更快。” “虽然我们只有一个绿色激光可用于我们的原型，但是移动到更长的红外波长将导致更少的散射，更多的返回光子和更快的采集。”

Lindell说，也有可能进一步改进算法，使其能够对更少数量的捕获光子在更短的时间内完成采集。

他说：“我们很高兴通过其他类型的散射几何形状进一步推动这一发展。” “因此，不仅是隐藏在厚厚材料板上的物体，而且是嵌入密集散射材料中的物体，就像看到被雾气包围的物体一样。”

这项研究发表在《自然通讯》（www.doi.org/10.1038/s41467-020-18346-3）上。