_ Sistem lidar aeropurtat cu un singur foton realizează imagini 3D de înaltă rezoluție

Cercetătorii au dezvoltat un sistem lidar aeropurtat cu un singur foton, compact și ușor, care poate obține imagini 3D de înaltă rezoluție cu un laser de putere redusă. Acest progres ar putea face lidarul cu un singur foton practic pentru aplicații aeriene și spațiale, cum ar fi monitorizarea mediului, cartografierea 3D a terenului și identificarea obiectelor.

Lidarul cu un singur foton utilizează tehnici de detectare a unui singur foton pentru a măsura timpul necesar laserului. impulsuri pentru a călători la obiecte și înapoi. Este deosebit de util pentru aplicațiile aeropurtate, deoarece permite cartografierea 3D foarte precisă a terenului și a obiectelor chiar și în medii provocatoare, cum ar fi vegetația densă sau zonele urbane.

„Utilizarea tehnologiei lidar cu un singur foton pe drone cu resurse limitate sau sateliții necesită micșorarea întregului sistem și reducerea consumului de energie”, a spus membrul echipei de cercetare Feihu Xu de la Universitatea de Știință și Tehnologie din China.

„Am reușit să încorporăm recentele dezvoltări tehnologice într-un sistem care, în în comparație cu alte sisteme lidar aeropurtate de ultimă generație, utilizează cea mai mică putere laser și cea mai mică deschidere optică, menținând totuși performanțe bune în ceea ce privește raza de detectare și rezoluția imaginii."

În Optica, cercetătorii arată că sistemul are capacitatea de a obține o rezoluție a imaginii care depășește limita de difracție a luminii atunci când este utilizat cu scanare sub-pixel și un nou algoritm de deconvoluție 3D. Ele demonstrează, de asemenea, capacitatea sistemului de a capta imagini 3D de înaltă rezoluție în timpul zilei pe suprafețe mari la bordul unui avion mic.

„În cele din urmă, munca noastră are potențialul de a ne îmbunătăți înțelegerea lumii din jurul nostru și de a contribui la un viitor mai durabil și mai informat pentru toți”, a spus Xu.

„De exemplu, sistemul nostru ar putea fi desfășurat pe drone sau sateliți mici pentru a monitoriza schimbările în peisajele forestiere, cum ar fi defrișarea sau alte impacturi asupra sănătății pădurilor. De asemenea, ar putea fi folosit după cutremure pentru a genera hărți de teren 3D care ar putea ajuta la evaluarea amplorii pagubelor și la ghidarea echipelor de salvare, salvând potențial vieți."

Lidar cu un singur foton în micșorare

Noul sistem lidar cu un singur foton din aer funcționează prin trimiterea de impulsuri de lumină de la un laser către sol. Aceste impulsuri se îndreaptă asupra obiectelor și apoi sunt capturate de detectoare foarte sensibile numite rețele de diode de avalanșă cu un singur foton (SPAD). Acești detectoare oferă o sensibilitate sporită la fotonii unici, permițând detectarea mai eficientă a impulsurilor laser reflectate, astfel încât să poată fi utilizat un laser de putere mai mică. Pentru a reduce dimensiunea totală a sistemului, cercetătorii au folosit telescoape mici cu o deschidere optică de 47 mm ca optică de recepție.

Măsurarea timpului de zbor al fotonilor individuali returnați face posibilă calcularea timpului. este nevoie ca lumina să călătorească la pământ și înapoi. Imaginile 3D detaliate ale terenului pot fi apoi reconstruite din aceste informații folosind algoritmi de imagistică computațională.

„O parte cheie a noului sistem este oglinzile speciale de scanare care efectuează scanare fină continuă, captând informații sub-pixeli. a țintelor terestre”, a spus Xu. „De asemenea, un nou algoritm de calcul eficient din punct de vedere fotonic extrage această informație sub-pixel dintr-un număr mic de detecții de fotoni bruti, permițând reconstrucția imaginilor 3D de super-rezoluție, în ciuda provocărilor generate de semnalele slabe și de zgomotul solar puternic.”

Cercetătorii au efectuat o serie de teste pentru a valida capacitățile noului sistem. Un test la sol înainte de zbor a confirmat eficacitatea tehnicii și a arătat că sistemul a fost capabil să efectueze imagini lidar cu o rezoluție de 15 cm de la 1,5 km distanță cu setările implicite. Odată ce au implementat scanarea sub-pixeli și deconvoluția 3D, cercetătorii au reușit să demonstreze o rezoluție eficientă de 6 cm de la aceeași distanță.

Anchetatorii au efectuat și experimente în timpul zilei cu sistemul la bordul unui avion mic deasupra. câteva săptămâni în orașul Yiwu, provincia Zhejiang, China. Aceste experimente au dezvăluit cu succes caracteristici detaliate ale diferitelor forme de relief și obiecte, confirmând funcționalitatea și fiabilitatea sistemului în scenarii din lumea reală.

Echipa lucrează acum pentru a îmbunătăți performanța și integrarea sistemului, cu un obiectiv pe termen lung de a-l instala pe o platformă spațială, cum ar fi un satelit mic. Stabilitatea, durabilitatea și rentabilitatea sistemului trebuie, de asemenea, îmbunătățite înainte ca acesta să poată fi comercializat.

(Fluierul)