ꄲ下一篇： 无
ꄴ上一篇： 无

量子领域最具影响力的投研服务平台

滑动了解更多

零的突破！量子雷达首次实现水下3D成像

넳 넲
发布时间：2023-05-08

 

根据Optica发布的一份新闻稿，科学家们已经开发出一种新型技术，有史以来第一次利用量子探测在水下潜行时捕捉3D图像。

 

 
研究成果以《水下单光子激光雷达成像传感器用于散射水下环境的实时三维场景重建(Submerged single-photon LiDAR imaging sensor used for real-time 3D scene reconstruction in scattering underwater environments)》为题，发表在optica上。
 

 
该系统被称为激光雷达，它的工作原理是使用激光来测量光从环境中的物体反射回来所需的时间。
 
将激光雷达系统浸没在水中并不是一件容易的事，因为水会限制光线和散射粒子，使其难以捕获清晰的图像。然而单光子检测——一种基于量子的技术，拥有非常高的穿透力，甚至在低光照条件下也能工作。
 
此次，英国赫瑞-瓦特大学、爱丁堡大学的研究团队使用一个单光子探测器阵列来检测反射的脉冲照明，这使他们能够检测到低光，并在光线不足的地方（如阴暗的水域）也能够创建物体的详细三维图像。
 
通过以非常精确的皮秒时间来测量飞行时间，该团队可以分辨出场景中物体的微小细节，即使是在水非常浑浊的地方，也不会使图像模糊。
 
该激光雷达系统通过发射一束绿色脉冲激光照亮环境来工作。
 

(a) 示意图。光学装置包括一个光纤准直组件（FCP）、一个光学扩散器（D）、镜头（L1和L2）、带通滤波器（BP）和SPAD探测器阵列。光学装置被放置在一个水密的外壳中，通过“脐带(umbilical cord)”与水箱外的设备连接。(b) 基于SPAD检测器阵列的光学装置的照片。
 

实验示意图显示了浸没式收发器、外部控制和源模块、目标位置和透镜。
 
该方法还允许研究人员将目标反射的光子与水中颗粒反射的光子区分开来：这使得它特别适合在高度浑浊的水域中进行三维成像，因为光学散射会破坏图像对比度和分辨率。
 
团队表示，这项突破性技术有许多潜在的应用，包括检查水下设施，监测水下考古遗址，以及加强安全和防御措施。它还可以帮助减少污染，最大限度地减少人类对海洋环境的影响，因为它可以在没有人类的情况下实现监测。
 

 
事实上，这种方法需要数以千计的单光子探测器，所有这些探测器每秒产生数百个事件，这使得在短时间内检索和处理重建三维图像所需的数据极具挑战性，特别是对于实时应用。然而，该团队开发了专门用于在高度散射条件下成像的算法，并将其与广泛可用的图形处理单元(GPU)硬件结合使用。
 
他们在三种不同的浊度水平下测试了该系统，发现它成功地对3米以外的目标进行了成像。现在，他们正专注于缩小该系统，使其适合集成到水下车辆中，这将扩大其可能的应用。
 
这项创新技术是水下成像领域的一个重大进步，因为它可以对水下环境进行更详细和准确的监测。
 
随着该技术的不断改进，它可能对一系列行业产生重大影响：将涵盖能源、国防、环境保护等科学研究。
 
参考链接：
[1]https://www.techtimes.com/articles/291234/20230506/new-quantum-detetction-capture-3d-images-underwater.htm
[2]https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-31-10-16690&id=530374
[3]https://interestingengineering.com/innovation/quantum-lidar-prototype-acquires-images-while-underwater
 
 

 

最新资讯