激光探测及成像技术：最新进展与全球发展水平

导语：激光探测与成像是当前光电领域最活跃的前沿方向之一，涵盖单光子激光雷达、车载激光雷达、量子成像、星载/机载遥感等多个子领域。近年来技术迭代加速，产业格局也发生了深刻变化。以下分方向梳理最新进展和全球定位。

单光子激光雷达：从十公里到两百公里的跨越

单光子激光雷达凭借光子级探测灵敏度和皮秒级时间分辨率，正在重新定义远距离光学成像的边界。

远距离探测里程碑

• 中科大潘建伟/徐飞虎团队：2021年实现对201.5公里外目标的单光子三维成像，将成像距离从十公里级突破到百公里量级，成像灵敏度达到平均每个像素仅0.4个信号光子。该系统采用自主研制的低噪声铟镓砷红外单光子探测器和原创时间滤波噪声抑制技术。

• 主动光学强度干涉合成孔径：2025年，中科大联合MIT等单位，首次提出并验证了主动光学强度干涉合成孔径技术，在1.36公里城市大气链路外场实验中实现毫米级分辨率成像，较单台望远镜分辨率提升约14倍，为空间碎片探测等场景开辟了新路径。

• 华东师范大学吴光团队：利用重复频率互为质数的激光脉冲，将系统最大非模糊距离提升至165公里，并在青海湖完成21公里测距实验验证。

复杂环境成像突破

• 浓雾穿透成像：徐飞虎团队基于64×64像素InGaAs SPAD阵列与1550nm光纤激光器，在相当于4.92个衰减长度的浓雾中，成功重建13.4公里外目标的深度像与强度像。

• 中科摇橹船可视化激光雷达相机：据2025年6月的公开报道，该团队利用"激光测距+光全息成像"技术，开发出可视化激光雷达相机，在大雾雨雪天气中可实现20公里高清成像、5公里厘米级检测，并支持20米水下成像。

• 水下探测：英国赫瑞瓦特大学基于192×128的SPAD阵列，在清水至浊水条件下实现6.7个衰减长度的水下动静态目标三维成像。

成像算法持续进化

从MIT的首光子成像算法、波士顿大学的UA算法，到中科大基于啁啾调制的成像算法（光子利用率提高10倍），再到基于深度学习的U型网络和注意力机制方法，单光子成像算法正从传统数学建模向AI驱动方向快速迭代。

车载激光雷达：中国厂商已占据全球主导地位

这是激光探测领域产业化最成熟、竞争最激烈的赛道，也是近年来格局变化最为剧烈的方向。

市场格局：从美国主导到中国"一家独大"

据Yole Group于2025年12月发布的数据，2024年全球车载激光雷达出货约160万台，其中中国厂商贡献超150万台。禾赛科技、速腾聚创、华为、图达通四家中国企业合计占据全球约92%的市场份额。

与此形成鲜明对比的是美国企业的集体式微：Velodyne被Ouster合并退出独立运营、Quanergy上市不足一年申请破产、曾估值最高的Luminar于2025年12月宣告破产。

中国企业的核心竞争力

• 成本优势：禾赛科技产品均价从2022年的约35,869元/台降至2024年的约4,023元/台，降幅近90%，且通过技术进步和规模化生产实现，并非以牺牲利润为代价。

• 量产能力：禾赛科技自建高自动化产线每20秒下线一台激光雷达，2025年年产能规划超200万台。

• 专利壁垒：据2025年12月的公开统计数据，禾赛科技、速腾聚创掌握的相关专利数量分别是美国领军企业Ouster和Luminar的3倍多。

• 自研芯片：速腾聚创全自研SoC芯片M-Core已获AEC-Q100车规级认证，成为全球首款通过该认证的激光雷达专用SoC芯片。

技术路线演进

当前主流为905nm方案（成本可控、硅基探测器成熟），但行业正加速向两个方向演进：

• 1550nm方案：探测距离更远、人眼安全性更高，但铟镓砷探测器成本高、量产良率待提升。览沃科技2026年7月发布的Avia 2采用1535nm方案，Focus模式下量程达800米@10%反射率，最远可延伸至1000米。

• 固态/FMCW路线：纯固态激光雷达和调频连续波（FMCW）技术是下一代方向，中国企业多款原型产品已进入车企测试阶段。

星载/机载激光遥感测绘

国际标杆

NASA于2018年发射的ICESat-2卫星搭载ATLAS单光子激光雷达系统，激光重频10kHz，在南海区域可穿透至水下30米，探测误差低于1米。MIT林肯实验室基于128×32的InGaAs SPAD阵列，在3公里高空对科罗拉多大峡谷扫描成像，分辨率达10cm，扫描速度2000km²/h。

国内进展

• 华东师范大学吴光课题组针对星载单光子激光雷达开展系列研究，提出基于Si SPAD的日盲紫外单光子检测系统和多波束三维成像方案。
• 中科大张军团队开发了仅15kg的1.5μm波段紧凑机载单光子激光雷达，具有透过云层探测12公里外目标的能力。
• 中科院朱精果团队设计了基于SiPM探测器的Mars-LiDAR机载系统，在3000-4000米飞行高度完成点云定位精度验证。

量子成像与关联成像

这是激光探测成像领域最前沿的基础研究方向：

• 上海光机所：建成了国际上第一台激光三维强度关联成像工程原理样机（又称"单像素三维照相机"），首次在实际室外遥感场景中演示了激光三维强度关联成像，并在云雾、雨雾等恶劣天气条件下验证了其相对于传统成像技术的优越性。

• 中科大量子成像：除前述主动强度干涉合成孔径外，潘建伟团队在单光子探测与量子目标成像方向持续深耕，研究方向涵盖远距离单光子成像雷达和非视域成像等。

全球发展水平定位与差距分析

📌 总结

激光探测与成像领域呈现出鲜明的"两极分化"格局：

• 产业化应用层面，中国在车载激光雷达领域已实现从"跟跑"到"领跑"的历史性跨越，凭借完整的产业链、极致的成本控制和大规模量产能力，占据了全球绝对主导地位。

• 前沿基础研究层面，中国在单光子远距离成像（201.5公里世界纪录）、量子成像等方向处于国际领先或并跑位置。

• 薄弱环节主要集中在：高端核心器件（SPAD-SoC芯片、窄线宽激光器）的自主化率不足，星载/机载激光雷达的工程化和产品化落后于美国，大面积SPAD阵列的制造工艺与国际顶尖水平存在代差。

未来3-5年，随着固态激光雷达、FMCW技术、4D成像激光雷达的成熟，以及AI算法与光子探测的深度融合，这一领域将迎来新一轮技术变革。中国需要在核心器件自主化、星载/机载系统工程化方面加速突破，才能将产业化优势转化为全链条的技术领先。