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新型激光雷达系统利用量子技术可在低光线水下获取3D图像

2023-5-7 23:33| 发布者：ffycxyw2274436| 查看：56172| 评论：0

摘要：这篇文章介绍了一种新型激光雷达系统，利用量子技术在低光线水下获取3D图像。该系统可用于检查水下风电场电缆和涡轮机等设备的水下结构，也可用于监测或勘测水下考古遗址，以及用于安全和防御等领域。文章详细介绍了单光子探测技术、绿色脉冲激光源、飞行时间测量、高散射条件下成像算法等方面的应用。未来该设备将被缩小尺寸，以便能被整合到水下交通工具中。

研究人员首次展示了一种新型激光雷达系统，其使用量子探测技术在水下获取3D图像。该系统拥有极高的灵敏度，即便在水下极低的光线条件下也能捕获详细信息。

这项技术可用于检查水下风电场电缆和涡轮机等设备的水下结构，也可用于监测或勘测水下考古遗址，以及用于安全和防御等领域。相关研究成果的论文刊发于5月4日出版的《光学快报》杂志。
在水下实时获取物体的3D图像极具挑战性，因为水中的任何粒子都会散射光并使图像失真。基于量子的单光子探测技术具有极高的穿透力，即使在弱光条件下也能工作。在最新研究中，研究人员设计了一个激光雷达系统，该系统使用绿色脉冲激光源来照亮目标场景。反射的脉冲照明由单光子探测器阵列检测，这一方法使超快的低光检测成为可能，并在光子匮乏的环境（如高度衰减的水）中大幅减少测量时间。
激光雷达系统通过测量飞行时间（激光从目标物体反射并返回系统接收器所需的时间）来创建图像。通过皮秒计时分辨率测量飞行时间，研究人员可以解析目标的毫米细节。最新方法还能区分目标反射的光子和水中颗粒反射的光子，使其特别适合在高度浑浊的水中进行3D成像。他们还开发了专门用于在高散射条件下成像的算法，并将其与图形处理单元硬件结合使用。在3种不同浊度水平下的实验表明，在3米距离的受控高散射场景中，3D成像取得了成功。研究人员说，下一步将缩小该设备的尺寸，以便能被整合到水下交通工具中。相关链接：https://phys.org/news/2023-05-quantum-lidar-prototype-real-time-3d.html