关联成像：“抓拍”看不到的物体|量子_新浪财经

原标题：关联成像：“抓拍”看不到的物体来源：千龙网

对看不到的物体，也能拍出一张清晰照片？

没错！这一奇特的成像原理，起源于量子纠缠特性——两个有相互作用的微观粒子之间存在着高度关联的纠缠关系。20世纪末，科学家利用量子纠缠的特性，通过研究与实验，发明了“量子成像”技术。

这是一种非直接式的关联成像技术。有意思的是，受量子纠缠启发而诞生的这一新兴技术，随着研究深入和实现方式变换，其称呼已由“量子成像”变为名副其实的“关联成像”。

从“纠缠”到“关联”，撩开成像的神秘面纱

量子是最小的、不可再分割的能量单元，量子体系的神奇特性是量子叠加与量子纠缠。后者可使相互独立的粒子紧密关联在一起，无论相隔多远，当一个体系的状态发生变化，对与之纠缠的另一个体系的测量结果就会表现出相应变化。

最早的关联成像研究，是利用量子纠缠特性实现关联成像的。因为，光子是目前最容易利用和操控的量子体系之一。“纠缠光子对”犹如一对心有灵犀的“孪生兄弟”，当其中一个光子捕捉到目标信息并进入单像素探测器时，另一个光子不论它在什么位置，其“孪生兄弟”的信息都能被测量出来，从而实现“凭空”成像。

量子纠缠特性，打开了探索关联成像的科学之门，但要真正实现起来并不容易。因为，受复杂的外部环境扰动，微弱的纠缠态光子很容易淹没在茫茫“噪声”中。

科学家在随后的研究与实验中发现：“纠缠光子对”在传播方向和照射位置上，都存在非常紧密的联系。这种关联性极强的特点，让科学家茅塞顿开：只利用方向与位置两个自由度之一的关联性，也许能实现关联成像。

真可谓“没有做不到，只有想不到”。本世纪初，科学家运用最常见的热光，实现了关联成像的重要突破。随后，脑洞大开的科学家又利用“赝热光”完成了关联成像实验——他们将激光打在旋转的毛玻璃上，使透过毛玻璃的光形成“赝热光”，再利用“赝热光场”的涨落特性，居然实现了比“纠缠光子对”更好的成像效果。

从“纠缠”到“关联”，这一崭新的成像方式终于撩开其神秘面纱，开始走入更广泛的应用场景。

不仅是一种艺术，更是一种新兴技术

摄影是“光与影的艺术”，而关联成像不仅是一种艺术，更是一种新兴技术。随着对这种成像机理研究的深入，其应用研究进入一个蓬勃发展期。

与传统光学成像相比，关联成像具有穿云辨物、明察秋毫的成像本领。

灵敏度高，能对小目标远距离成像。传统成像中，目标回波能量分配到探测器的多个像素上，而关联成像使用桶探测器进行强度收集，可突破传统光学的灵敏度极限。桶探测器只需记录总光强值，因而响应更快。在关联成像中，采用灵敏度高的单像素探测器，其探测灵敏度可达到单光子水平，甚至在平均光子数小于1的条件下获得目标图像。这就大大降低了对光强度的要求，在生物医学成像、远距离侦察成像中有非凡价值。

抗干扰性强，可削弱成像链路的散射影响。传统摄影成像遇到恶劣环境，光场的畸变会使成像质量大打折扣。而关联成像的探测器不需进行空间分辨，只需收集成像物体反射的总光强，就能抵抗光场畸变带来的部分干扰。即便在恶劣环境中，也能获得物体图像。此外，使用两路光场关联、成像重构的方法，也能在一定程度上消除成像过程中散射带来的影响。

单像素成像，可实现多个波段成像探测。由于没有成像透镜或是成熟的阵列探测器，传统成像技术对微波、太赫兹波、X射线等波段难以实现类似光学波段的成像，而关联成像利用一个单像素探测器，结合光场调制就能做到无透镜成像，为上述波段成像探测提供了新的可行手段。

未来应用前景广泛，有望打造成战场上的“火眼金睛”

不同于传统成像那样“见”物才能成像，关联成像是通过“计算”成像，其无惧干扰、成像灵敏的特性和能力，使其在感知、探测、安全等领域有着广泛的应用前景，在军事上有望成为未来战场“游戏规则”的改变者。

可让隐形飞机现形。现代战争中，战斗机隐形性能已成为空战中的一大优势。它通过吸波材料和外形优化，降低雷达电磁波的反射截面，使雷达难以侦测发现。如果是在光学波段条件下，隐形飞机就难以隐形了。基于关联成像的探测系统，能对隐形飞机弱回波信号进行有效收集和成像。

可穿透战场硝烟迷雾。一般情况下，当光透过生物组织、烟尘和云雾等强散射介质时，传统的光学成像难以实现对目标的观测和成像。关联成像受光的散射与畸变影响小，只需测量回波强度，就能实现抗散射成像。在战场复杂环境中，它可穿透战场硝烟迷雾，实现对战场的侦测成像。据报道，美军通过关联成像系统研究，已能获得2公里外目标的清晰图像。

可实现图像信息安全传输。图像信息的安全传输已成为确保军事行动成功的关键之一。传统技术手段的图像信息在拦截、攻击下难以做到万无一失。关联成像通过对两条光路测量和计算获得图像，大大增强了自身保密性。如果在图像传输中嵌入密钥，外人将很难破译。