激光雷达透过云雾探测物体

斯坦福大学的研究人员利用单光子雪崩二极管探测到单个光子的渡越时间，而且可精确到数万亿秒。他们开发了一种激光雷达系统，能够看穿不透明的物体。这项技术在自动驾驶车辆和卫星成像方面具有很大潜力。在时间分辨率方面，这个方法在灵敏度和精度方面超过了大多数探测器，电子工程研究生，论文主要作者David Lindell介绍了这项研究。Lindell说：“与其他激光雷达系统一样，它使用激光短脉冲照射到一个点，然后用一个超快探测器测量光子散射回来的时间。”

图1透过1英寸厚的泡沫塑料来对反射字母S进行三维重建。斯坦福大学计算成像实验室供图。

传统的激光雷达使用这段时间延迟测量到物体的距离，但那是基于假设光子在直接路径上到达物体并反射返回。Lindell说：“我们的系统专门设计用于测量和处理光子在间接、被散射的路径上通过散射介质到达隐藏的物体和返回的时间。” 当激光扫描障碍物(如泡沫墙)时，一些光子会穿过隐藏的物体并反弹，然后穿透泡沫塑料返回探测器。然后,由软件和算法来获得相关信息，即光子击中探测器的时间和位置，这些信息帮助重建隐藏的3D物体。“透过散射介质来将物体成像的一个主要挑战是，我们的激光发射的大多数光子不会散射回探测器。我们只测量那些被介质散射的光子，这些光子被物体反射，然后散射回来，”Lindell说。

对于明亮的反射物体(如交通路锥或路标)，系统能够在一分钟内提取信息。对于反射较少的弱光物体，可能需要长达一个小时的时间才能收集足够的光子。

Lindell说：“不过，有几种方法可以使系统更快的处理信息。虽然我们的样机只有一个绿色激光器，但使用更长的红外波长将导致更少的散射和更多的返回光子，进而更快的收集到足够的光子。” Lindell说，还可以进一步改进算法来降低捕获的光子数量从而缩短采集光子的时间。 “我们很高兴能够进一步研发其它类型的散射几何结构”他说，“因此，被测物体不仅可以隐藏在厚重材料板的后面，还可以嵌入在密集散射材料中，这就像透过云雾来看物体一样。”这项研究发表在《Nature Communications》上面(www.doi.org/10.1038/s41467-020-18346-3)。

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