传统的物体成像，比如手机摄影，是通过机器内部的数字传感器捕获光子进而生成的。当光照射到物体上时会发生反射，然后通过镜头将它聚焦在由微小的光敏元件或像素组成的屏幕上。图像是由反射光产生的亮斑和暗斑形成的图案。大约25年前，科学家们设计了另外一种间接的方法来实现成像，被称为“幽灵成像”。这种成像方法通过使用两个探测器收集信息，将一个与目标物体发生相互作用的光场信息和一个压根没有与物体发生相互作用的光场信息结合起来。而且图像信息的获取是来源于从未与物体相互作用的光场。详细一点解释，在幽灵成像过程中，首先，物体只出现在信号光路中，而参考光路中没有物体，但物体的光场位置分布信息，却仿佛幽灵一样被显现在参考探测器上，这种不寻常的成像就如同“鬼魂显灵”一样，所以被形象地称为是鬼成像或幽灵成像。
当使用纠缠光时，其量子特性使得即使在光照很低的水平下也可以进行成像。这在生物组织检测中是一个非常大的优势，因为光照太强的话可能会损坏光敏样品，以至于人们无法观察到想要检测的物质。
不管是直接成像还是间接成像，最终的形成的图像就是多少光通过的结果，因此这与物体透明度有着很大的关系。然而，还有另一种类型的物体与光的相互作用，它可以揭示一些更重要的信息。
光在前进时，光子振动所呈现的交替的波形变化被称为相位。利用光的相位变化我们观察到成像物体的更多特征属性，比如厚度的变化或者内部是否存在不同的透明材料，其折射率变化足够大，从而改变了光的相位。而这需要分析穿过物体的不同波长的光，常规的检测方法无法做到，通常需要复杂的设计方案才行。
基于此，南非威特沃特斯兰德大学结构光实验室的研究人员通过利用传统量子幽灵成像中的“副作用”，以一种简便的方法实现了三维成像。
图 量子鬼影成像装置示意图
威特沃特斯兰德大学实验室负责人Andrew Forbes教授称，相位是物体的一个比较难以观察的属性，但如果能加以利用的话，会有非常大的用武之地。比如LIGO就是利用相位探测引力波的。如今我们团队可以观察到物体的相位，从而以一种简便的方式获得。
一般而言，要想从非相互作用光中检测出“幽灵”图像，研究人员有两种方法可供选择。一种方法是使用电荷耦合器件(CCD)，就像手机那样，但这需要比较昂贵的价格。另一种方法是使用“单像素”探测器，它只能显示收集了多少光，无法表示任何空间信息。研究人员可以让光在一个的特定位置变化，而不是在探测器前变化，以揭示空间信息，并通过将这些信息叠加来重新构建图像。这使得被检测的光的波长和效率方面有更多的功能性，同时也降低了成本。实际上，这是之前的相机普遍采用的方法，也是该团队用来检测相位信息的方法。
Forbes表示，进一步拿 LIGO 类比，大家可能会认为观察相位变化的流程非常复杂而且成本高昂。事实上，量子层面也是如此。传统的方法通常是利用复杂的相机和光学系统，它们结构尺寸比较笨重而且价格较高。但团队的新方法只采用一个单像素探测器就可以。
通过这种新方法，即使是分辨率很低的探测器也可以探测到。研究人员通过以前没有人意识到的数字技巧来解决这个问题。这种隐藏的相位信息始终存在，但你必须知道在哪里寻找它。
研究人员做到了这一点，因为他们意识到，某些掩模对相位成分自然敏感，这取决于如何构造它们，并且可以精确设计以揭示完整的详细相位结构。这样一来，在量子光的单像素成像中，样品的成像方式又多了一项功能，使3D视觉成为可能。
论文的第一作者Bereneice Sephton表示，有些信息一直隐藏在技术中，稍加调整就可以让人们看到丰富的一面。与她一同参加该项目的还有结构光实验室的博士Isaac Nape和在读博士生Chane Moodley、Jason Francis。
实验室表示，他们希望这项技术可以用于敏感生物样本的成像，以了解更多的特征信息，如果没有它，将会需要更为复杂和昂贵的方法。
