光学およびフォトニクスのニュース

Nov 13, 2023

キム・メリ

研究者らは、量子検出技術を使用して水中で 3D 画像をキャプチャするライダー システムを開発しました。 彼らは、パイプ (右) の 3D 画像 (左) を撮影することでテクノロジーをデモンストレーションしました。 スキャンは、単一光子システムをタンク内に沈めた低散乱条件で取得されました。 [画像: A. Maccarone、ヘリオットワット大学] [画像を拡大]

英国、フランス、スペインの研究者は、リアルタイムで 3D 画像をキャプチャできる水中ライダー システムを開発しました (Opt. Express、doi: 10.1364/OE.487129)。 同様のデモンストレーションは、水槽の外で光学セットアップを使用して実行されましたが、現在のプロトタイプでは、完全に水没した状態で移動ターゲットの 3 次元ビデオを取得することに成功しました。

単一光子検出に基づくこの新しい技術は、洋上風力発電所などの水中施設の検査、水没した考古学遺跡の監視や調査、あるいは安全保障や防衛用途に使用できる可能性がある。

濁った水中での高解像度光学イメージングは​​、比較的短い伝播距離で大幅な信号減衰を引き起こす吸収と散乱のため、依然として困難です。 以前の研究で、イギリスのヘリオットワット大学のオーロラ・マッカローネ氏とその同僚らは、濁った水中を非常に高い透過率で通過できる単一光子検出技術を水中イメージングに初めて使用したことを報告した。

研究著者のマッカローネ氏は、「光パルスの飛行時間を測定することで、水中の物体の三次元画像を再構成することができた」と述べた。 「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あるため、この[最新の研究]は進歩を表しています。」

彼女のチームや他のグループによるこれまでの実験は、光学装置を水槽の外に置き、データ分析をオフラインで行うなど、常に慎重に制御された実験室条件で行われていました。 現在、光学装置が水中にあるだけでなく、マッカローネ氏とその同僚によるハードウェアとソフトウェアの開発により、3D 画像をリアルタイムで再構成できるようになりました。

このシステムには、照明用の緑色パルス レーザー (532 nm、20 MHz)、検出用の単一光子アバランシェ ダイオードの超高感度アレイ (192 × 128 ピクセル)、ファイバー コリメーション パッケージ、光学ディフューザー、レンズ、バンドパスが含まれています。フィルター。 反射光の戻り時間を測定することで、対象物までの距離を正確に測定できます。

プロトタイプは、3 m の距離にある静止ターゲットの画像と、1 秒あたり 10 フレームで移動するターゲットのリアルタイム 3D ビデオ デモンストレーションを実現しました。

「一連の単一光子検出器は、超高速の低光量イベント検出という利点をもたらし、深海のような光子不足の環境での作業時間を大幅に短縮します」とマッカローネ氏は述べています。

研究者らは、実験台で光学セットアップを組み立ててテストした後、装置を大きな水槽 (4 × 3 × 2 m) に移動しました。 彼らはシステムを水に浸し、制御された方法で散乱剤を添加して水をさらに濁らせました。 プロトタイプは、3 m の距離にある静止ターゲットの画像と、1 秒あたり 10 フレームで移動するターゲットのリアルタイム 3D ビデオ デモンストレーションを実現しました。

「現在の主な課題は、画像システムを水中船に統合するために、各コンポーネントのサイズをどのように縮小するかを理解することです」とマッカローネ氏は述べた。 「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。」

発行日: 2023 年 5 月 10 日