基于SPAD单光子相机的LiDAR技术革新

针对SPAD单光量子像机的LiDAR方法勇于创新

单光子光探测和测距（激光雷达）是在复杂环境中进行深度成像的关键技术。尽管zui近取得了进展，一个开放的挑战是能够隔离激光雷达信号从其他假源，包括背景光和干扰信号。

本文介绍了一种基于量子纠缠光子对的LiDAR（光探测与测距）技术，该技术通过利用时空纠缠光子对及SAPD单光子相机的特性，显著提高了在复杂环境中的探测精度和抗干扰能力。该技术使用SPAD单光子相机作为探测端，并通过内置的时间相关单光子步进偏移计数技术来提高测量时间精度。光源使用了一个基于β-钡硼酸盐（BBO）晶体的非线性光学晶体来产生纠缠光子对。

通过精确控制光子对的发射和接收，以及利用SPAD单光子相机高速、高灵敏的特性，zui终能够精确捕获从目标反射回来的光子。

该系统的选用两类系统来提高了在测量的更数据质量和抗电磁干扰性能：

1. 时间相关单光子步进偏移计数：通过记录每个单独光子的时间戳，能够以皮秒级的时间分辨率捕捉光子。这种高分辨率计时信息对于确定光子从目标反射回来的准确时间至关重要。使用SPAD单光子相机，这种相机具有单光子灵敏度和皮秒级的步进偏移时间分辨率。实验利用了时间门控技术，通过精细地移动时间窗口来捕捉光子，这有助于高精度地确定光子的飞行时间。具体到每个光子的时间戳记录，使用时间相关的单光子步进偏移计数技术，记录每个探测到的光子的到达时间，从而实现高精度的深度信息获取。   

2. 時空反有关方法：采用充分利用缠绕光波对的時空反有关性，也许在影响移动手机走势的有下，也能够鉴别的对象光移动手机走势与其它的灯源。比如，检测中使用的SPAD单光波拍照装置不同的门控渠道，只要当缠绕光波对而且实现拍照时，才会记录表恶性事件，然后有效的进行过滤掉非的对象灯源的移动手机走势。

在该量子LiDAR（光检测与测距）软件体系的實驗各种测试中，钻研的团队展出出了其在处理同歩和异步的打扰信息各方面的同质性功能。软件体系利用食用时候门控和地方反相关技术性，胜利地从其他的面光源打扰中离出目的光信息。實驗数据屏幕上显示，该软件体系可能在繁复的打扰环保下精确地显像和测距，就是在刻意的欺瞒攻击速度和游戏 背景LiDAR软件体系的打扰下可不可以始终维持高高精准度和高信噪比。

并且还通过更具体的测试场景如模拟多个LiDAR（光发现与测距）系统并行工作和环境光干扰，来验证量子LiDAR（光探测系统与测距）系统证明了其在实际应用中的可行性。实验和分析结果如下图所示：

这些实验不仅验证了量子LiDAR（光监测与测距）在技术上的前瞻性，也为未来其它应用领域提供了重要的参考价值。量子LiDAR（光侦测与测距）技术通过利用量子纠缠光子性质，显著提升了LiDAR（光侦测与测距）系统在复杂环境中的性能。特别是在高干扰的环境中，如多LiDAR（光侦测与测距）系统操作或强烈背景光的情况下提高对目标物甄别的能力。

该调查中均APP的SPAD单激光照相机为SwissSPAD2，其为法国Piimaging品牌当前主产地SPAD512²的前称，阵列的像素为512×512，无读出暗燥音，帧率zui高为100000帧/S，步进驱动器位移定位精度为17ps。

未来，这种技术有望在自动驾驶、机器人技术以及军事和民用遥感领域中发挥重要作用。

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