单光子激光雷达系统在水下成像 3D 物体 – 物理世界

一种新的激光雷达系统可以使用单光子探测器阵列对水下物体进行三维成像。 该技术由英国赫瑞瓦特大学的研究人员开发，可用于检查、监测和测量水下物体、离岸工程，甚至考古等应用。

“据我们所知，这是第一个基于量子检测技术的全浸没式成像系统原型，”团队负责人说 极光马卡龙. 虽然该团队之前已经展示了使用单光子探测技术的成像技术，可以穿透浑浊或高度衰减的水下环境，但最新的工作更进了一步，证明该系统确实可以在完全浸没在大型测试槽中时发挥作用。 研究人员还改进了用于重建 3D 图像的硬件和软件，使他们能够实时进行成像。

高度浑浊水域中的 3D 成像

Maccarone 解释说，传感器的操作概念非常简单。 首先，绿色脉冲激光源照亮感兴趣的场景。 场景中的物体反射这种脉冲照明，超灵敏的单光子探测器阵列接收反射光。 “通过测量反射光的返回时间，可以准确测量到目标的距离，这使我们能够构建目标的 3D 轮廓，”Maccarone 说。 “通常，时间测量以皮秒时间分辨率执行，这意味着我们可以解析场景中目标的毫米级细节。”

至关重要的是，该技术使研究人员能够区分目标反射的光子和水中粒子反射的光子。 “这使得它特别适合在高度浑浊的水中进行 3D 成像，在这种情况下，光学散射会破坏图像对比度和分辨率，”Maccarone 补充道。

研究人员在一个 4 mx 3 mx 2 m 的水箱中测试了他们的系统。 通过向水中添加不同数量的散射剂，他们能够模拟自然水下环境中存在的不同光散射水平。 由于光学阵列每秒产生数百个检测事件，研究人员使用专门为在高光散射条件下成像而开发的算法来分析数据。

Maccarone 说，水下激光雷达的应用范围非常广泛。 一种可能的用途是检查水下电缆或涡轮机的水下部分。 其他选择包括监测和调查考古遗址以及安全和国防部门的应用。

从眼睛成像中学到的技巧使视频速率 LiDAR 成为可能

Maccarone 补充说，现在的主要挑战是缩小系统中的每个组件，从而将其整体尺寸缩小到可以安装在水下航行器中的尺寸。 “我们正在与行业合作，寻找合适的解决方案，在不影响系统性能的情况下实现这一目标，”她说。

研究人员报告了他们的工作 光学快递.

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/single-photon-lidar-system-images-3d-objects-underwater/