中国研制世界首台激光单像素3Ｄ照相机
可对隐形飞机全息成像
2013年08月28日 来源：上海光机所网站等|
今年初，中科院上海光学与精密机械研究所一群热爱量子光学的“80后”科学家研制出了世界上第一台激光三维强度关联成像相机（国外也称为单像素三维照相机），近日又制造出了第一台工程样机。尽管这种相机只有单一像素，却可轻而易举地获取拍摄对象的全息图像，在民用和军用领域都将大显身手。
上海光机所建成的国际上第一台激光三维强度关联成像工程原理样机
“80后”科学家制造3D相机
据中科院上海光学与精密机械研究所介绍，该所科学家在国际上率先建成了第一台激光三维强度关联成像工程原理样机（国际同行也称之为“单像素三维照相机”）。据悉，该项成果来自该所研究员韩申生领衔主持的国家“863”项目“激光三维强度关联成像技术研究”和“被动光学多光谱强度关联成像技术研究”。项目日前在沪通过了科技部组织的专家验收。
韩申生介绍说，该项目在国际上首次完成了实际室外典型遥感场景中的激光三维强度关联成像实验，并初步建立和验证了微波凝视关联成像的基本理论体系。
关注全球最新技术的网站“MIT技术评论”在早在今年1月29日就率先报道了中国“80后”科学家在实验室中成功研制出这一相机的消息，据称，用这台相机拍照，可轻而易举地获取空间飞行器的全息图像。一位署名戈登·罗素的网友诙谐地说：“有了这个技术，很快我们就能给星际飞船拍全身像了！”
平时我们所见的相机都有一个统一名称——光学成像。而单像素3D相机所做的，是利用光和电磁波的无规涨落性质进行成像——即量子成像，俗称“鬼”成像。
传统光学成像都是物体反射出的一根根光线进入镜头，落在胶片或电子元件上，一个个光斑排列在一起，形成一幅图像。但“鬼”成像却把自然界想象成一个由无数光子组成的量子场。这个场里的光子会不停涨落，每一个的状态都能计算出来。因此，要得到图像，不再需要依靠光线进入成像镜头，而只需要依靠反射光波能量的探测和计算——仿佛幽灵般可以靠意念洞察一切。
3D相机可显示出拍摄对象的三维信息（左：一般图像 右：三维成像图片）
可让隐身战机失灵
“在谷歌地图的照片上，我们经常看到白云遮住了地面景物。”项目组成员龚文林介绍，“但用‘鬼’成像的方法，就能在很大的程度上穿透白云，把地面看清楚。”
遥感成像是单像素3D相机的重要用途之一。据介绍，该项目组在国际上首次进行了大量晴朗、夜间、云雾、雨雾等典型气象条件下的室外遥感成像实验。实验实现了野外一公里量级探测距离上分辨率为1cm、超衍射极限分辨2倍以上的强度关联成像，演示了主动照明强度关联成像技术在三维成像能力、成像探测灵敏度以及云雾、雨雾等恶劣天气条件下与现有遥感成像技术相比的特点和优越性。
上海光机所2012年的中期项目评估报告显示，利用口径仅为18mm的单像素3D照相机，可以在恶劣环境中拍摄到420mm的普通光学望远镜根本无法拍到的目标。由于体积和重量的大大减小，原本需要直升机携带的遥感设备，换成单像素3D照相机后完全可以装载到小型无人机上。
此外，利用3D相机的全息成像，医院就可以直接用普通光照出X光不易看出的人体软组织的损伤、病变；雷达侦察时，就能轻而易举地分辨出闯入侦察区域的小亮点是一只鸟还是一架飞机，不管是民用领域还是军用领域，隐身战机基本上都会“失灵”。
18mm口径3D相机和420mm口径传统相机在雾天进行遥感成像的效果对比图
中国量子光学研究赶超世界
世界首个单像素3D照相机的诞生，背后离不开中国“80后”科研人员的“追梦”努力。去年夏天，陈明亮、李恩荣、徐旭阳、薄遵望和邓陈进这五个男生转战于城市、郊区和高原、大湖边，取得了各种气象环境条件下的第一手漂亮数据，验证了世界上第一个能在自然条件下应用的“量子照相机”。
在光机所的一个角落里，放着一个大集装箱。与众不同的是，这个集装箱上装着空调，侧面还开了扇窗。龚文林告诉记者，这就是他们野外试验的“移动房屋”：仪器设备几乎堆满了所有空间，留给人的空间，只够4个人挤在一起站着。等卸下仪器，便可有"半个房间"，供他们在野外值守时休息。虽然有空调，那是给仪器吹的，冷热得尽机器，不由人--当时，他们看见建筑工地的简易住宅都羡慕。
为了运设备到试验场地，他们和当地牧民一起，用两米长的石条，铺出一条路；为了获取不同天气条件下的设备成像数据，在高原的强烈日照下，他们的皮肤晒脱了一层又一层。
1997年，美国华裔科学家朱棣文以量子光学的成就获得诺贝尔物理学奖，当时他惋惜地提到“共同起步”的中国同行，由于实验经费等诸多掣肘而在这场“赛跑”中落后。他所说的“中国同行”就是上海光机所的量子光学实验室。
如今，轮到这个实验室的工作让美国同行惊讶。课题组长、中国科学院上海光学精密机械研究所研究员韩申生说，当年的差距，在过去十几年已逐渐追平。“80后”这一代“站在一个时代的门槛上，有希望在新的光学体系中占据一席之地”。
