综述：基于门控光子计数的双波长三维单像素成像

这篇综述创新性地提出了一种基于门控光子计数的双路径单像素成像（SPI）系统，通过1064 nm（近红外NIR）和532 nm（可见光VIS）脉冲激光协同照明，结合空间光调制器（SLM）和盖革模式雪崩光电探测器（GM-APD），在亚皮瓦级极弱光条件下实现同步二维切片成像与飞行时间（TOF）三维深度成像，空间分辨率达2 mm，纵向分辨率12 cm，为复杂散射环境中的遥感、夜视及量子传感提供了高效解决方案。

　　

实验装置

该系统采用同轴光路设计，核心包括双波长脉冲激光源（1064 nm/532 nm）、数字微镜器件（DMD）和单光子雪崩二极管（SPAD）。通过门控控制，SPAD仅在激光脉冲到达时间窗口内响应，有效抑制背景噪声。DMD以300 Hz帧率调制结构光图案，实现64×64像素的图像采样。

光子计数原理

SPAD在盖革模式（Geiger-mode）下可检测单个光子事件，输出脉冲上升沿精确对应光子到达时间。系统通过累积数百万次测量周期，利用时间相关单光子计数（TCSPC）技术重建光子飞行时间直方图，从而提取深度信息。近红外通道（1064 nm）在云雾环境中穿透性优于可见光（532 nm），而后者空间分辨率更高（2 mm vs. NIR的5 mm）。

双波长性能对比

实验显示，在1.5米工作距离下，VIS通道仅需1秒即可完成64×64像素成像，NIR通道需5秒。测试靶标验证了VIS对0.3 cm间隔条纹的解析能力，而NIR在模拟烟雾场景中保持85%的深度数据完整性，显著优于VIS的40%。

结论与展望

该双波长SPI系统突破了传统光子计数激光雷达（LiDAR）的单光谱限制，通过NIR-VIS协同成像，在亚皮瓦级光通量下实现多模态探测。未来可扩展至光谱-深度联合成像，为生物组织穿透成像（如视网膜层析）和极弱光医疗诊断（如荧光寿命显微）提供新工具。

（注：全文严格依据原文实验数据及结论缩编，未添加非文献支持内容）