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基於SPAD單光子相機的LiDAR技術革新

發布時間:2024-04-25 16:43:25 瀏覽量:1758 作者:Lucas

正文


基於(yu) SPAD單光子相機的LiDAR技術革新


單光子光探測和測距(激光雷達)是在複雜環境中進行深度成像的關(guan) 鍵技術。盡管zui近取得了進展,一個(ge) 開放的挑戰是能夠隔離激光雷達信號從(cong) 其他假源,包括背光和幹擾信號。


本文介紹了一種基於(yu) 量子糾纏光子對的LiDAR(光探測與(yu) 測距)技術,該技術通過利用時空糾纏光子對及SAPD單光子相機的特性,顯著提高了在複雜環境中的探測精度和抗幹擾能力。該技術使用SPAD單光子相機作為(wei) 探測端,並通過內(nei) 置的時間相關(guan) 單光子步進偏移計數技術來提高測量時間精度。光源使用了一個(ge) 基於(yu) β-鋇硼酸鹽(BBO)晶體(ti) 的非線性光學晶體(ti) 來產(chan) 生糾纏光子對。


通過精確控製光子對的發射和接收,以及利用SPAD單光子相機高速、高靈敏的特性,zui終能夠精確捕獲從(cong) 目標反射回來的光子。


該係統使用兩(liang) 種技術來提高測量的準確性和抗幹擾能力:


1. 時間相關(guan) 單光子步進偏移計數:通過記錄每個(ge) 單獨光子的時間戳,能夠以皮秒級的時間分辨率捕捉光子。這種高分辨率計時信息對於(yu) 確定光子從(cong) 目標反射回來的準確時間至關(guan) 重要。使用SPAD單光子相機,這種相機具有單光子靈敏度和皮秒級的步進偏移時間分辨率。實驗利用了時間門控技術,通過精細地移動時間窗口來捕捉光子,這有助於(yu) 高精度地確定光子的飛行時間。具體(ti) 到每個(ge) 光子的時間戳記錄,使用時間相關(guan) 的單光子步進偏移計數技術,記錄每個(ge) 探測到的光子的到達時間,從(cong) 而實現高精度的深度信息獲取。   


2. 時空反相關(guan) 技術:通過利用糾纏光子對的時空反相關(guan) 性,即使在幹擾信號的存在下,也能區分目標光信號與(yu) 其他光源。例如,實驗中使用SPAD單光子相機設置特定的門控窗口,隻有當糾纏光子對同時到達相機時,才會(hui) 記錄事件,從(cong) 而有效過濾掉非目標光源的信號。


在該量子LiDAR(光探測與(yu) 測距)係統的實驗測試中,研究團隊展示出了其在處理同步和異步的幹擾信號方麵的顯著性能。係統通過使用時間門控和空間反相關(guan) 技術,成功地從(cong) 其他光源幹擾中分離出目標光信號。實驗結果顯示,該係統能夠在複雜的幹擾環境下準確地成像和測距,即使在有意的欺騙攻擊和背景LiDAR係統的幹擾下也能保持高精度和高信噪比。



並且還通過更具體(ti) 的測試場景如模擬多個(ge) LiDAR(光探測與(yu) 測距)係統並行工作和環境光幹擾,來驗證量子LiDAR(光探測與(yu) 測距)係統證明了其在實際国产成人在线观看免费网站中的可行性和優(you) 越性。實驗和分析結果如下圖所示:



這些實驗不僅(jin) 驗證了量子LiDAR(光探測與(yu) 測距)在技術上的前瞻性,也為(wei) 未來其它国产成人在线观看免费网站領域提供了重要的參考價(jia) 值。量子LiDAR(光探測與(yu) 測距)技術通過利用量子糾纏光子對的獨特性質,顯著提升了LiDAR(光探測與(yu) 測距)係統在複雜環境中的性能。特別是在高幹擾的環境中,如多LiDAR(光探測與(yu) 測距)係統操作或強烈背景光的情況下提高對目標物甄別的能力。


該實驗中所国产成人在线观看免费网站的SPAD單光子相機為(wei) SwissSPAD2,其為(wei) 瑞士Piimaging国产黄色在线观看目前所產(chan) SPAD512²的前身,陣列像素為(wei) 512×512,無讀出暗噪聲,幀率zui高為(wei) 100000幀/S,步進偏移精度為(wei) 17ps。




未來,這種技術有望在自動駕駛、機器人技術以及軍(jun) 事和民用遙感領域中發揮重要作用。


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