近日,英国科学家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,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。
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 m距离的受控高散射场景中,3D成像取得了成功。
量子检测技术在陆地上的应用,较多见诸报道。其实这种技术在水下的应用,同样空间广阔。例如,利用它进行海底地形勘测、水下考古、海底设备检测等等。不过,将这种技术应用于水下,绝对不意味着将其直接“照搬”。以在海洋中的应用为例,需要考虑海水的腐蚀性、洋流的运动、海底光照条件等多种特殊因素。因此需要使用特殊的耐腐蚀材料,进行特殊的设计,以更加适应水下环境的应用。
[来源:科技日报]
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