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      環球快播:量子激光雷達水下獲取3D圖像有望應用于安全和防御等領域

      科技日報  2023-05-16 09:19:49


      (資料圖)

      【總編輯圈點】

      英國科學家首次展示了一種新型激光雷達系統,其使用量子探測技術在水下獲取3D圖像。該系統擁有極高的靈敏度,即便在水下極低的光線條件下也能捕獲詳細信息,可用于檢查水下風電場電纜和渦輪機等設備的水下結構,也可用于監測或勘測水下考古遺址,以及用于安全和防御等領域。相關研究論文刊發于4日出版的《光學快報》雜志。

      在水下實時獲取物體的3D圖像極具挑戰性,因為水中的任何粒子都會散射光并使圖像失真?;诹孔拥膯喂庾犹綔y技術具有極高的穿透力,即使在弱光條件下也能工作。在最新研究中,研究人員設計了一個激光雷達系統,該系統使用綠色脈沖激光源來照亮目標場景。反射的脈沖照明由單光子探測器陣列檢測,這一方法使超快的低光檢測成為可能,并在光子匱乏的環境(如高度衰減的水)中大幅減少測量時間。

      激光雷達系統通過測量飛行時間(激光從目標物體反射并返回系統接收器所需的時間)來創建圖像。通過皮秒計時分辨率測量飛行時間,研究人員可以解析目標的毫米細節。最新方法還能區分目標反射的光子和水中顆粒反射的光子,使其特別適合在高度渾濁的水中進行3D成像。他們還開發了專門用于在高散射條件下成像的算法,并將其與圖形處理單元硬件結合使用。在3種不同濁度水平下的實驗表明,在3米距離的受控高散射場景中,3D成像取得了成功。

      量子檢測技術在陸地上的應用,較多見諸報道。其實這種技術在水下的應用,同樣空間廣闊。例如,利用它進行海底地形勘測、水下考古、海底設備檢測等等。不過,將這種技術應用于水下,絕對不意味著將其直接“照搬”。以在海洋中的應用為例,需要考慮海水的腐蝕性、洋流的運動、海底光照條件等多種特殊因素。因此需要使用特殊的耐腐蝕材料,進行特殊的設計,以更加適應水下環境的應用。(劉霞)

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