Одинокий

Новая система LIDAR может отображать объекты под водой в трех измерениях с помощью матрицы однофотонных детекторов. Технология, разработанная исследователями из Университета Херриот-Ватт в Великобритании, может пригодиться для таких применений, как проверка, мониторинг и обследование подводных объектов, морское проектирование и даже археология.

«Насколько нам известно, это первый прототип полностью погруженной системы визуализации, основанной на технологиях квантового обнаружения», — говорит руководитель группы Аврора Маккароне. В то время как ранее команда демонстрировала визуализацию с использованием методов однофотонного обнаружения, которые могут проникать в мутную или сильно ослабляющую подводную среду, последняя работа идет еще дальше, доказывая, что система действительно может функционировать при полном погружении в большой испытательный резервуар. Исследователи также усовершенствовали аппаратное и программное обеспечение, используемое для реконструкции 3D-изображений, что позволило им выполнять визуализацию в реальном времени.

Концепция работы датчика довольно проста, объясняет Маккароне. Сначала зеленый импульсный лазерный источник освещает интересующую сцену. Объекты на сцене отражают это импульсное освещение, а сверхчувствительный массив однофотонных детекторов улавливает отраженный свет. «Измеряя время возврата отраженного света, можно точно измерить расстояние до цели, что позволяет нам построить трехмерный профиль цели», — говорит Маккароне. «Обычно измерение времени выполняется с пикосекундным разрешением, что означает, что мы можем разрешить детали целей на сцене в миллиметровом масштабе».

Важно отметить, что этот метод позволяет исследователям различать фотоны, отраженные от цели, и фотоны, отраженные частицами в воде. «Это делает его особенно подходящим для 3D-изображений в сильно мутных водах, в которых оптическое рассеяние может испортить контрастность и разрешение изображения», — добавляет Маккароне.

Исследователи протестировали свою систему в резервуаре для воды размером 4 х 3 х 2 м. Добавляя в воду различное количество рассеивающего агента, они смогли имитировать различные уровни рассеяния света, присутствующие в естественной подводной среде. Поскольку оптическая матрица производит многие сотни событий обнаружения в секунду, для анализа данных исследователи использовали алгоритмы, специально разработанные для визуализации в условиях сильного рассеяния света.

По словам Маккароне, диапазон применения подводных лидаров чрезвычайно широк. Одним из возможных вариантов использования может быть проверка подводных кабелей или затопленной части турбин. Другие варианты включают мониторинг и обследование археологических памятников и применение в секторе безопасности и обороны.

Уловки, полученные при визуализации глаз, позволяют использовать LiDAR с видеоскоростью

Основная задача сейчас, добавляет Маккароне, состоит в том, чтобы уменьшить каждый компонент системы и таким образом уменьшить ее габаритные размеры до размеров, которые могли бы поместиться в подводном аппарате. «Мы сотрудничаем с промышленностью, чтобы найти подходящее решение, которое сделает это возможным без ущерба для производительности системы», — говорит она.

Исследователи сообщают о своей работе в Optics Express.