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新しい LIDAR システムは、単一光子検出器アレイを使用して、水中の物体を 3 次元で画像化できます。 英国のヘリオットワット大学の研究者によって開発されたこの技術は、水中の物体の検査、監視、測量、海洋工学、さらには考古学などの用途に役立つ可能性がある。

「私たちの知る限り、これは量子検出技術に基づく完全水没イメージング システムの最初のプロトタイプです」とチーム リーダーのオーロラ マッカローネ氏は述べています。 研究チームはこれまで、濁った水中環境や減衰の激しい水中環境を透過できる単一光子検出技術を使用したイメージングを実証していたが、最新の研究ではさらに一歩進んで、大型の試験タンクに完全に浸漬した状態でもシステムが実際に機能できることを証明した。 研究者らはまた、3D 画像の再構成に使用されるハードウェアとソフトウェアを改良し、リアルタイムでイメージングを実行できるようにしました。

センサーの動作概念は非常にシンプルだとマッカローネ氏は説明します。 まず、緑色のパルス レーザー光源が対象のシーンを照らします。 シーン内のオブジェクトはこのパルス照明を反射し、単一光子検出器の超高感度アレイが反射光を検出します。 「反射光の戻り時間を測定することで、ターゲットまでの距離を正確に測定でき、ターゲットの 3D プロファイルを構築できるようになります」と Maccarone 氏は言います。 「通常、タイミング測定はピコ秒のタイミング分解能で実行されます。これは、シーン内のターゲットのミリメートルスケールの詳細を解決できることを意味します。」

重要なのは、この技術により、研究者はターゲットによって反射された光子と水中の粒子によって反射された光子を区別できるようになります。 「これにより、光学散乱により画像のコントラストと解像度が損なわれる可能性がある、濁度の高い水中での 3D イメージングに特に適しています」と Maccarone 氏は付け加えます。

研究者らは、4 m x 3 m x 2 m の水槽でシステムをテストしました。 さまざまな量の散乱剤を水に添加することで、自然の水中環境に存在するさまざまな光散乱レベルを模倣することができました。 光学アレイは 1 秒あたり何百もの検出イベントを生成するため、研究者らは高光散乱条件でのイメージング用に特別に開発されたアルゴリズムを使用してデータを分析しました。

マッカローネ氏によれば、水中LIDARの応用範囲は非常に広いという。 考えられる用途の 1 つは、水中ケーブルやタービンの水没部分の検査です。 その他のオプションには、遺跡の監視と調査、安全保障および防衛分野でのアプリケーションが含まれます。

目のイメージングから学んだトリックにより、ビデオレートの LiDAR が可能になります

マッカローネ氏は、現在の主な課題は、システム内の各コンポーネントを縮小し、その全体の寸法を水中船に収まる程度まで小型化することだと付け加えた。 「私たちは業界と協力して、システムのパフォーマンスを損なうことなくこれを可能にする適切なソリューションを見つけています」と彼女は言います。

研究者たちは、Optics Express で自分たちの研究を報告しています。