基于SPAD單光子相機的LiDAR技術革新

來源于SPAD單光波攝像機的LiDAR技木革故鼎新

單光子光探測和測距（激光雷達）是在復雜環境中進行深度成像的關鍵技術。盡管zui近取得了進展，一個開放的挑戰是能夠隔離激光雷達信號從其他假源，包括背景光和干擾信號。

本文介紹了一種基于量子糾纏光子對的LiDAR（光探測與測距）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，顯著提高了在復雜環境中的探測精度和抗干擾能力。該技術使用SPAD單光子相機作為探測端，并通過內置的時間相關單光子步進偏移計數技術來提高測量時間精度。光源使用了一個基于β-鋇硼酸鹽（BBO）晶體的非線性光學晶體來產生糾纏光子對。

通過精確控制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終能夠精確捕獲從目標反射回來的光子。

該設計使用的這兩種方法來增強測量方法的正確性和抗干攏業務能力：

1. 時間相關單光子步進偏移計數：通過記錄每個單獨光子的時間戳，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于確定光子從目標反射回來的準確時間至關重要。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，這有助于高精度地確定光子的飛行時間。具體到每個光子的時間戳記錄，使用時間相關的單光子步進偏移計數技術，記錄每個探測到的光子的到達時間，從而實現高精度的深度信息獲取。   

2. 展覽反涉及高技術：能夠 充分利用死皮賴臉不休光波對的展覽反涉及性，縱然在干預衛星表現的會存在下，可以判斷夢想光衛星表現與許多照明。假如，試驗中應用SPAD單光波照像機設立特殊的門控視口，只當死皮賴臉不休光波對同時運到照像機時，才會的記錄活動，才能有效性進行過濾掉非夢想照明的衛星表現。

在該量子LiDAR（光觀測與測距）機軟件機模式的調查測評中，探討微商團隊商品彰顯了其在進行處理云同步和異步的串擾表現表現因素的偏態功能。機軟件機模式的使用的使用時光門控和的空間反相應的技巧，獲得成功地從其它面光源串擾表現中分劉海離出指標光表現。調查報告表示，該機軟件機模式都可以在錯綜復雜的串擾表現大環境下準確性地三維成像和測距，雖然在刻意的蒙騙入侵和背景圖片LiDAR機軟件機模式的串擾表現下還能保持良好高精確度和高信噪比。

并且還通過更具體的測試場景如模擬多個LiDAR（光發現與測距）系統并行工作和環境光干擾，來驗證量子LiDAR（光發現與測距）系統證明了其在實際應用中的可行性。實驗和分析結果如下圖所示：

這些實驗不僅驗證了量子LiDAR（光發現與測距）在技術上的前瞻性，也為未來其它應用領域提供了重要的參考價值。量子LiDAR（光探測系統與測距）技術通過利用量子糾纏光子性質，顯著提升了LiDAR（光遙測與測距）系統在復雜環境中的性能。特別是在高干擾的環境中，如多LiDAR（光探測系統與測距）系統操作或強烈背景光的情況下提高對目標物甄別的能力。

該科學實驗里面技術應用的SPAD單激光單反相機為SwissSPAD2，其為瑞典Piimaging新公司近些年生產SPAD5122的前生，陣列象素為512×512，無讀出暗背景噪聲，幀率zui高為100000幀/S，步進電機偏移量gps精度為17ps。

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

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