单光子成像原理

量子信息技术的发展加深了我们对光的理解和操控，也启发我们开展基于单光子探测的新型成像技术（Quantum inspired computational imaging）。光子作为光量子性的体现，是光能被检测到的最小能量单元。传统相机通过对不同位置光强的探测，实现物体成像。单光子成像的核心就是通过探测每个光子的三维时空信息(x，y，t)，结合光子的统计特性重构出物体的图像。

利用光子的三维信息（x，y，t）和量子统计特性，引入计算摄像学的最新技术，陆续涌现多种新型的单光子成像方法，实现了传统技术无法达到的成像功能，开辟了新的科学研究方向。例如，当入射光已经微弱至传统相机无法工作的强度时，单光子成像技术能够突破经典成像的信噪比极限，每个像素仅探测一个光子，也能够复原出物体的三维图像，从而能够提升现有遥感和侦察系统的工作距离和成像质量。又例如，对于隐藏在角落的物体，可以通过计算光子在墙面的散射和飞行过程，复原出视线外物体的三维图像，从而对隐藏的物体进行识别和跟踪，这是有望应用于安防、反恐等特殊场合的最新技术。