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如果你经常乘飞机出行，那么一定遇到过因为天气原因导致的延误、迫降甚至返航。绝大多数此类“天气原因”都是能见度问题。这不禁让人感慨，如果飞行员有穿云破雾的通天神眼该多好？
由中科院上海光学与精密机械研究所发明的强度关联遥感成像设备（以下简称“鬼眼相机”）就是这样一只神眼。它利用基于量子光学的“鬼成像”技术，不论在雾天、雨天还是夜间，都能实现远距离高分辨率成像。
“量子纠缠”
20世纪初兴起的量子力学，是人们探索微观物质世界的“路线图”。运用量子力学法则可以推导出一种观点——两个暂时相互作用的粒子，分隔开后仍具有相互作用的能力，这就是“量子纠缠”现象。
来想象一下——小明的手里有两个苹果，它们处于“量子纠缠”状态（当然这是不可能的）。小明登上“东方明珠”塔顶层，把其中一个苹果奋力扔出，然后“咔嚓”一口将剩下的苹果咬掉一块儿。这时诡异的事发生了，被扔出去的那个苹果的相同部位立刻少掉一块。
是不是完全不合常理啊？没错，微观世界的很多现象要求我们必须抛弃常识，充分发挥想象力。
那么基于量子纠缠态原理的“鬼眼相机”是怎样工作的呢？我们再来看看小明吧——这个颇有神通的小孩，其实是一个光源，“他”扔出的苹果就是光子（承载光的粒子）。小明左手不断抛出的“苹果光子”全都径直飞入一台数码相机的成像传感器，而右手掷出的苹果光子纷纷砸中远在1公里之外的一尊雕像并被雕像反弹回来，这些回弹的苹果光子当中有一部分钻进了一个“光子计数桶”。这时一台与上述相机和“桶”相连的神奇计算机出现了，由于这两路苹果光子如前所述存在相互关联的量子纠缠关系，因此该计算机通过分析相机成像传感器中的光线空间分布初始信息，以及计数桶报告的光强度变化信息，就能展开魔法般高深的数学分析，进而合成一张显现雕像身影的二维照片，这便是“鬼成像”。
在中国科学家制成的“鬼眼相机”中，一束波长532纳米的绿色激光穿过旋转的磨砂玻璃并形成一个“小明”光源，其扩散的激光在分光镜中兵分两路，一路进入相机的数码成像传感器，另一路向着被拍摄物直扑而去…… 以后的事情便如小明左右开弓扔苹果的大结局一样。
但如果只是这样可不算发明啊！真正让中国科学家扬眉吐气的，是他们对这个鬼眼系统进行了改进：让激光以短脉冲形式发出，并在激光返回时，以4纳秒为间隔不断接通、关闭“光子计数桶”。由于雕像细部凹凸不平，反射回的激光有先有后，因此在不同的纳秒时间点上像切片一样截获二维图像信息后，再把所有二维信息叠加起来，就能获得一张三维照片，由此中国科学家造出了世界上第一台三维“鬼眼相机”。
在距离目标物1千米时，这台相机的二维平面分辨率达25厘米，三维深度分辨率为60厘米。但这只是个实验原型机，当该技术真正投入使用时，可以预见其分辨率将大幅提高，与“千里眼”相比也不遑多让。
鬼眼透视“效果图”
早先科学界认为，只有基于纠缠态双光子的纠缠光源，才能实现“鬼成像”。但持续研究显示，白炽灯甚至太阳等热光源也可以用于鬼成像。也就是说，在相关技术未来成熟的情况下，假设你就是一台“鬼眼相机”，当有飞机飞过你家楼顶时，你不需要抬头看飞机，只要看着太阳（太阳在这里就是热光源）的同时，用配套仪器检测室内光线的强度变化（计算从太阳照到飞机上，再反射到室内的光子），就能“算”出这是一架国航的波音还是南航的空客。由此鬼成像的应用潜力足以激发我们的无限憧憬。
正如开篇所说，恶劣天气导致低能见度下飞机无法降落。但采用激光光源的“鬼眼相机”是主动发光的，相比人眼和传统光学相机等被动感光系统，前者在雾天、雨天和夜晚的成像能力要好很多。因此如果飞机上装备“鬼眼相机”，它就能帮助飞行员穿云破雾看清跑道，从而安全降落。这样一来，由于“能见度低”导致的航班延误就会消失。
还记得多年前小伙伴们挤在电脑前，争相用谷歌地图看自己家长啥样的情景吗？如果你家在卫星拍照时正好被一片云挡住，不就太扫兴了嘛。假如谷歌在未来采用三维“鬼眼相机”进行航拍，不但可以让谷歌地图无视云层的存在，还可针对地面建筑物直接构建三维模型，也就用不着像几年前那样急着买下SketchUp 3D绘图软件，再发动全世界人民一起为身边的大楼建模了。
那么鬼眼相机是否真像媒体宣传的那样能让隐形战机无所遁形呢？原则上来说，是的。只要对其隐形伎俩稍有了解便会发现，原来F-117之流只能让使用无线电的雷达看不见而已，只要它们飞到我们头顶上，便和所有其他飞机一样用你的双眼就可以看得清清楚楚。因此在打破F-117隐形神话这件事上，使用可见光而不是无线电的“鬼眼相机”就像你的眼睛一样，只不过看得更远，分辨率更高，在几公里之外就能将这种名不副实的隐形飞机看得真真切切。
山姆大叔在看你
在与“鬼成像”相关的诸多可用光源中，有一种光源的应用前景尤其值得说道说道，这便是贝塞尔光。
早在2009年，美国陆军研究实验室的罗纳德·迈耶斯就运用上述相同原理成功拍摄了二维“鬼成像”照片，因此这位罗爷也就成了“鬼成像”领域的泰山北斗级人物。他最著名的成就之一是用一种特殊类型的激光——贝塞尔光来做虚拟“鬼成像”（即只具备部分“鬼成像”特征的一种方法）。
贝塞尔光具有非常强的内相关性，会形成一系列同心圆图案，即使在其传播过程中有一部分光被障碍物阻挡了，过后也能如“自愈”般重新组合在一起。在用于“鬼成像”时，只要有足够多的贝塞尔光子到达目的地，并返回进入光子计数桶，就能复原目标的图像。
一旦这种技术达到实用水平，就能使贝塞尔光穿越浓烟、浑水甚至挡在面前的障碍物，得到的成像结果仍然可以辨认。
当美国大兵站在阿富汗沙漠的中央，面对硝烟弥漫的战场，他完全无法判断向他靠近的那个人影是撤退的友军、打酱油的平民还是塔利班的武装分子，因此也闹出了不少乌龙。如果这名士兵有一副虚拟“鬼成像”眼镜，戴上之后除了外观霸气侧漏之外，相信战争中的误伤将会大幅减少。
美军作为世界上最先进的军队，对自身的信息采集处理能力自然要求非常高。虚拟”鬼成像”则是美军的ISR（情报/监视/侦查）系统里最有前途的未来科技之一。如果简单理解，ISR系统基本上就是军用版谷歌地图，其目标是在卫星和飞机的合作下看清地面上所有细节。但目前的ISR系统和谷歌地图一样，受到了数据融合难、数据采集效率低等等诸多困难的限制。但如果未来运用虚拟“鬼成像”技术，只需在少量卫星和飞机上安装足够的光子计数桶，用太阳光作为光源，在理论上就可以轻易获取整个战场的全部细节图片，绝无漏网。到那时，无论你在地球的哪个旮旯里，山姆大叔都会盯着你。
当然从另一个角度说，虚拟“鬼成像”技术的和平应用前景也很看好。例如身为物理学家的罗纳德·迈耶斯甚至认为，由于贝塞尔光具有超强恢复力，因此未来有望向人体组织发射红色贝塞尔光，来取代X光对人体进行医学检查。虽然这个技术听起来像当下热映影片“2154年极乐空间”中的医疗机那样遥远，不过一旦该技术成真，在未来的医院里，人们就能既享有X光检查带来的好处，又避免放射性射线对人体的伤害了。
（本文作者为科普作家）
由中科院上海光学与精密机械研究所发明的强度关联遥感成像设备（以下简称“鬼眼相机”）就是这样一只神眼。它利用基于量子光学的“鬼成像”技术，不论在雾天、雨天还是夜间，都能实现远距离高分辨率成像。
“量子纠缠”
20世纪初兴起的量子力学，是人们探索微观物质世界的“路线图”。运用量子力学法则可以推导出一种观点——两个暂时相互作用的粒子，分隔开后仍具有相互作用的能力，这就是“量子纠缠”现象。
来想象一下——小明的手里有两个苹果，它们处于“量子纠缠”状态（当然这是不可能的）。小明登上“东方明珠”塔顶层，把其中一个苹果奋力扔出，然后“咔嚓”一口将剩下的苹果咬掉一块儿。这时诡异的事发生了，被扔出去的那个苹果的相同部位立刻少掉一块。
是不是完全不合常理啊？没错，微观世界的很多现象要求我们必须抛弃常识，充分发挥想象力。
那么基于量子纠缠态原理的“鬼眼相机”是怎样工作的呢？我们再来看看小明吧——这个颇有神通的小孩，其实是一个光源，“他”扔出的苹果就是光子（承载光的粒子）。小明左手不断抛出的“苹果光子”全都径直飞入一台数码相机的成像传感器，而右手掷出的苹果光子纷纷砸中远在1公里之外的一尊雕像并被雕像反弹回来，这些回弹的苹果光子当中有一部分钻进了一个“光子计数桶”。这时一台与上述相机和“桶”相连的神奇计算机出现了，由于这两路苹果光子如前所述存在相互关联的量子纠缠关系，因此该计算机通过分析相机成像传感器中的光线空间分布初始信息，以及计数桶报告的光强度变化信息，就能展开魔法般高深的数学分析，进而合成一张显现雕像身影的二维照片，这便是“鬼成像”。
在中国科学家制成的“鬼眼相机”中，一束波长532纳米的绿色激光穿过旋转的磨砂玻璃并形成一个“小明”光源，其扩散的激光在分光镜中兵分两路，一路进入相机的数码成像传感器，另一路向着被拍摄物直扑而去…… 以后的事情便如小明左右开弓扔苹果的大结局一样。
但如果只是这样可不算发明啊！真正让中国科学家扬眉吐气的，是他们对这个鬼眼系统进行了改进：让激光以短脉冲形式发出，并在激光返回时，以4纳秒为间隔不断接通、关闭“光子计数桶”。由于雕像细部凹凸不平，反射回的激光有先有后，因此在不同的纳秒时间点上像切片一样截获二维图像信息后，再把所有二维信息叠加起来，就能获得一张三维照片，由此中国科学家造出了世界上第一台三维“鬼眼相机”。
在距离目标物1千米时，这台相机的二维平面分辨率达25厘米，三维深度分辨率为60厘米。但这只是个实验原型机，当该技术真正投入使用时，可以预见其分辨率将大幅提高，与“千里眼”相比也不遑多让。
鬼眼透视“效果图”
早先科学界认为，只有基于纠缠态双光子的纠缠光源，才能实现“鬼成像”。但持续研究显示，白炽灯甚至太阳等热光源也可以用于鬼成像。也就是说，在相关技术未来成熟的情况下，假设你就是一台“鬼眼相机”，当有飞机飞过你家楼顶时，你不需要抬头看飞机，只要看着太阳（太阳在这里就是热光源）的同时，用配套仪器检测室内光线的强度变化（计算从太阳照到飞机上，再反射到室内的光子），就能“算”出这是一架国航的波音还是南航的空客。由此鬼成像的应用潜力足以激发我们的无限憧憬。
正如开篇所说，恶劣天气导致低能见度下飞机无法降落。但采用激光光源的“鬼眼相机”是主动发光的，相比人眼和传统光学相机等被动感光系统，前者在雾天、雨天和夜晚的成像能力要好很多。因此如果飞机上装备“鬼眼相机”，它就能帮助飞行员穿云破雾看清跑道，从而安全降落。这样一来，由于“能见度低”导致的航班延误就会消失。
还记得多年前小伙伴们挤在电脑前，争相用谷歌地图看自己家长啥样的情景吗？如果你家在卫星拍照时正好被一片云挡住，不就太扫兴了嘛。假如谷歌在未来采用三维“鬼眼相机”进行航拍，不但可以让谷歌地图无视云层的存在，还可针对地面建筑物直接构建三维模型，也就用不着像几年前那样急着买下SketchUp 3D绘图软件，再发动全世界人民一起为身边的大楼建模了。
那么鬼眼相机是否真像媒体宣传的那样能让隐形战机无所遁形呢？原则上来说，是的。只要对其隐形伎俩稍有了解便会发现，原来F-117之流只能让使用无线电的雷达看不见而已，只要它们飞到我们头顶上，便和所有其他飞机一样用你的双眼就可以看得清清楚楚。因此在打破F-117隐形神话这件事上，使用可见光而不是无线电的“鬼眼相机”就像你的眼睛一样，只不过看得更远，分辨率更高，在几公里之外就能将这种名不副实的隐形飞机看得真真切切。
山姆大叔在看你
在与“鬼成像”相关的诸多可用光源中，有一种光源的应用前景尤其值得说道说道，这便是贝塞尔光。
早在2009年，美国陆军研究实验室的罗纳德·迈耶斯就运用上述相同原理成功拍摄了二维“鬼成像”照片，因此这位罗爷也就成了“鬼成像”领域的泰山北斗级人物。他最著名的成就之一是用一种特殊类型的激光——贝塞尔光来做虚拟“鬼成像”（即只具备部分“鬼成像”特征的一种方法）。
贝塞尔光具有非常强的内相关性，会形成一系列同心圆图案，即使在其传播过程中有一部分光被障碍物阻挡了，过后也能如“自愈”般重新组合在一起。在用于“鬼成像”时，只要有足够多的贝塞尔光子到达目的地，并返回进入光子计数桶，就能复原目标的图像。
一旦这种技术达到实用水平，就能使贝塞尔光穿越浓烟、浑水甚至挡在面前的障碍物，得到的成像结果仍然可以辨认。
当美国大兵站在阿富汗沙漠的中央，面对硝烟弥漫的战场，他完全无法判断向他靠近的那个人影是撤退的友军、打酱油的平民还是塔利班的武装分子，因此也闹出了不少乌龙。如果这名士兵有一副虚拟“鬼成像”眼镜，戴上之后除了外观霸气侧漏之外，相信战争中的误伤将会大幅减少。
美军作为世界上最先进的军队，对自身的信息采集处理能力自然要求非常高。虚拟”鬼成像”则是美军的ISR（情报/监视/侦查）系统里最有前途的未来科技之一。如果简单理解，ISR系统基本上就是军用版谷歌地图，其目标是在卫星和飞机的合作下看清地面上所有细节。但目前的ISR系统和谷歌地图一样，受到了数据融合难、数据采集效率低等等诸多困难的限制。但如果未来运用虚拟“鬼成像”技术，只需在少量卫星和飞机上安装足够的光子计数桶，用太阳光作为光源，在理论上就可以轻易获取整个战场的全部细节图片，绝无漏网。到那时，无论你在地球的哪个旮旯里，山姆大叔都会盯着你。
当然从另一个角度说，虚拟“鬼成像”技术的和平应用前景也很看好。例如身为物理学家的罗纳德·迈耶斯甚至认为，由于贝塞尔光具有超强恢复力，因此未来有望向人体组织发射红色贝塞尔光，来取代X光对人体进行医学检查。虽然这个技术听起来像当下热映影片“2154年极乐空间”中的医疗机那样遥远，不过一旦该技术成真，在未来的医院里，人们就能既享有X光检查带来的好处，又避免放射性射线对人体的伤害了。
（本文作者为科普作家）