Hệ thống LIDAR đơn photon chụp ảnh vật thể 3D dưới nước – Physics World

Hệ thống LIDAR đơn photon chụp ảnh vật thể 3D dưới nước – Physics World

Dấu thời gian: ngày 3 tháng 2023 năm 7 00:XNUMX sáng

hệ thống đơn photon chìm trong bể
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một hệ thống LIDAR sử dụng công nghệ phát hiện lượng tử có thể chụp ảnh 3D khi chìm dưới nước. Họ đã trình diễn hệ thống bằng cách sử dụng nó để chụp ảnh 3D (trái) của một đường ống (phải). Quá trình quét thu được với hệ thống đơn photon chìm trong bể. Phép lịch sự: Maccarone, Đại học Heriot-Watt

Một hệ thống LIDAR mới có thể chụp ảnh các vật thể ở dạng ba chiều dưới nước bằng cách sử dụng một mảng máy dò photon đơn. Được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học Herriot-Watt ở Anh, công nghệ này có thể hữu ích cho các ứng dụng như kiểm tra, giám sát và khảo sát các vật thể dưới nước, kỹ thuật ngoài khơi và thậm chí cả khảo cổ học.

Trưởng nhóm cho biết: “Theo hiểu biết tốt nhất của chúng tôi, đây là nguyên mẫu đầu tiên của hệ thống hình ảnh chìm hoàn toàn dựa trên các công nghệ phát hiện lượng tử. Aurora Maccarone. Mặc dù trước đây nhóm đã chứng minh hình ảnh sử dụng các kỹ thuật phát hiện đơn photon có thể xuyên qua môi trường dưới nước đục hoặc có độ suy giảm cao, công trình mới nhất tiến thêm một bước, chứng minh rằng hệ thống thực sự có thể hoạt động khi chìm hoàn toàn trong bể thử nghiệm lớn. Các nhà nghiên cứu cũng cải thiện phần cứng và phần mềm được sử dụng để tái tạo lại hình ảnh 3D, cho phép họ thực hiện hình ảnh trong thời gian thực.

Hình ảnh 3D trong vùng nước có độ đục cao

Khái niệm hoạt động của cảm biến khá đơn giản, Maccarone giải thích. Đầu tiên, một nguồn laser xung màu xanh lá cây chiếu sáng cảnh quan tâm. Các đối tượng trong cảnh phản chiếu ánh sáng xung này và một dãy máy dò đơn photon siêu nhạy sẽ thu nhận ánh sáng phản xạ. Maccarone cho biết: “Bằng cách đo thời gian quay trở lại của ánh sáng phản xạ, khoảng cách đến mục tiêu có thể được đo chính xác, điều này cho phép chúng tôi xây dựng cấu hình 3D của mục tiêu. “Thông thường, phép đo thời gian được thực hiện với độ phân giải thời gian pico giây, có nghĩa là chúng tôi có thể giải quyết các chi tiết ở tỷ lệ milimet của các mục tiêu trong cảnh.”

Điều quan trọng là, kỹ thuật này cho phép các nhà nghiên cứu phân biệt giữa các photon được phản xạ bởi mục tiêu và các photon được phản xạ bởi các hạt trong nước. Maccarone cho biết thêm: “Điều này làm cho nó đặc biệt phù hợp để chụp ảnh 3D ở những vùng nước có độ đục cao, trong đó hiện tượng tán xạ quang học có thể làm hỏng độ tương phản và độ phân giải của hình ảnh”.

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm hệ thống của họ trong một bể nước có kích thước 4 m x 3 m x 2 m. Bằng cách thêm các lượng chất tán xạ khác nhau vào nước, họ có thể bắt chước các mức độ tán xạ ánh sáng khác nhau có trong môi trường tự nhiên dưới nước. Do mảng quang tạo ra hàng trăm sự kiện phát hiện mỗi giây nên các nhà nghiên cứu đã sử dụng thuật toán được phát triển đặc biệt để chụp ảnh trong điều kiện tán xạ ánh sáng cao để phân tích dữ liệu.

Phạm vi ứng dụng cho LIDAR dưới nước là vô cùng rộng, Maccarone nói. Một cách sử dụng khả thi có thể là để kiểm tra dây cáp dưới nước hoặc phần ngập nước của tua-bin. Các lựa chọn khác bao gồm giám sát và khảo sát các địa điểm khảo cổ và các ứng dụng trong lĩnh vực an ninh và quốc phòng.

Maccarone cho biết thêm, thách thức chính hiện nay là thu nhỏ từng bộ phận trong hệ thống và do đó thu nhỏ kích thước tổng thể của nó thành một thứ có thể vừa với một phương tiện dưới nước. “Chúng tôi đang hợp tác với ngành để tìm ra giải pháp phù hợp để biến điều này thành hiện thực mà không ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống,” cô nói.

Các nhà nghiên cứu báo cáo công việc của họ trong quang học nhanh.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý