單光子成像原理

量子信息技術的發展加深了我們對光的理解和操控，也啟發我們開展基於單光子探測的新型成像技術（Quantum inspired computational imaging）。光子作為光量子性的體現，是光能被檢測到的最小能量單元。傳統相機通過對不同位置光強的探測，實現物體成像。單光子成像的核心就是通過探測每個光子的三維時空信息(x，y，t)，結合光子的統計特性重構出物體的圖像。

利用光子的三維信息（x，y，t）和量子統計特性，引入計算攝像學的最新技術，陸續湧現多種新型的單光子成像方法，實現了傳統技術無法達到的成像功能，開闢了新的科學研究方向。例如，當入射光已經微弱至傳統相機無法工作的強度時，單光子成像技術能夠突破經典成像的信噪比極限，每個像素僅探測一個光子，也能夠復原出物體的三維圖像，從而能夠提升現有遙感和偵察系統的工作距離和成像質量。又例如，對於隱藏在角落的物體，可以通過計算光子在牆面的散射和飛行過程，復原出視線外物體的三維圖像，從而對隱藏的物體進行識別和跟蹤，這是有望應用於安防、反恐等特殊場合的最新技術。