Квантовая технология решает проблемы получения 3D-изображений под водой
Съемка 3D-изображений под водой затруднена из-за непостоянных условий освещения и частиц в воде, которые рассеивают свет и вызывают искажения. Исследователи создали новую систему-прототип, которая использует квантовую технологию и LiDAR для преодоления этих трудностей.
Системы обнаружения и определения дальности с помощью света ( LiDAR ) создают изображения, измеряя, сколько времени требуется импульсному лазерному свету, чтобы отразиться от объектов и вернуться к приемнику системы. LiDAR часто используется для получения 3D-изображений высокого разрешения.
Теперь исследователи из Университета Хериот-Ватт и Эдинбургского университета разработали прототип системы LiDAR для получения 3D-изображений подводных объектов. Система использует импульсный зеленый лазер для освещения объекта до того, как тысячи однофотонных (квантовых) детекторов улавливают отраженный лазерный свет.
Учитывая большое количество используемых детекторов, каждую секунду генерируются сотни событий, что затрудняет быструю обработку данных, необходимых для создания 3D-изображений в реальном времени.
Чтобы решить эту проблему, исследователи разработали алгоритмы, специально предназначенные для обработки изображений в условиях рассеянного света, и применили их к оборудованию графического процессора (GPU).
Ученые приступили к тестированию своего прототипа, погрузив его в резервуар с мутной водой. Они смогли снимать 3D-видео в реальном времени на расстоянии 3 метра при трех возрастающих уровнях рассеяния, включая видео движущихся целей.
В приемопередатчике использовался пикосекундный импульсный лазерный источник с центральной длиной волны 532 нм, работающий с частотой повторения 20 МГц и средней оптической мощностью до 52 МВт, в зависимости от условий рассеяния.
Результаты исследования подчеркивают преимущества использования технологии квантового обнаружения для создания устройств обработки изображений, которые можно использовать в традиционно сложных условиях.
«Однофотонные технологии быстро развиваются, и мы продемонстрировали очень многообещающие результаты в подводных условиях», — сказала Аврора Маккароне, ведущий автор исследования.
«Подход и алгоритмы обработки изображений также можно использовать в более широком диапазоне сценариев для улучшения зрения в свободном пространстве, например, в тумане, дыму или других препятствиях».
Ученые предвидят, что технологическое устройство будет использоваться для осмотра подводной инфраструктуры, такой как телекоммуникационные кабели, или для исследования подводных археологических памятников.
Следующим шагом, по их словам, является уменьшение размеров их устройства, чтобы его можно было интегрировать в подводный аппарат.
Исследование было опубликовано в журнале Optics Express.