利用新型激光雷达，英国科学家在海水下获取清晰3D图像

2023-05-10 14:03

近日，英国研究人员展示了一种带有量子探测器技术的原型激光系统，这种系统可以在水下拍摄到清晰的3D图像。据介绍，其高灵敏度的特性，让它即便在水下极低的光线条件下也能够捕捉到详细的信息。

来自英国赫瑞－瓦特大学（Heriot－Watt University）的研究小组成员Aurora Maccarone介绍称，这项技术可以用于一系列广泛的应用，比如用来检查水下设备，比如水下风能电缆和涡轮机的水下结构。水下雷达也可以用来监测或探测水下考古遗址，以及用于安全和国防应用等领域。

在海水下成像3D图像是非常有挑战性的一项任务，因为水中的任何部分都会散射光并扭曲图像。但借助单光子探测器，在低光条件下仍能实现光的高渗透率。

英国赫瑞－瓦特大学和爱丁堡大学的研究人员在一个大型水缸中使用单板光谱仪系统进行了相关操作实验。他们还实施了新的硬件和软件开发，使系统获得的3D图像能够实时重建。

他们设计了一种激光系统，用绿色脉冲激光源照亮目标场景，而反射脉冲的光是由一组单光谱仪探测到的。爱丁堡大学（University of Edinburgh）在设计和制造单质紫外二极管探测器阵列方面取得了根本性进展，这使他们能够根据量子探测技术构建紧凑的机器人成像系统。

在优化了实验室光学长凳上的光学布置后，研究人员将激光系统连接到一个GPU，在此期间实现了三种尺寸成像的图像处理方法的数量，从而实现了数据的实时处理。一旦系统正常工作，他们就把它移到一个4米长、3米宽、2米深的坦克里。随着水系统的下沉，研究人员被分配到一个控制面板中，使水变得更浑浊。在3种不同浑浊度的场景中，他们获得了3米外拍摄的不同3D图像。

这项工作的目的是使量子探测技术能够用于水下应用，使之在非常低的光线条件下也能捕获精彩的立体图像。它将影响海上电缆和能源设施的使用，还可以在无人操作的情况下进行监测，从而减少污染。另外，它也可以在更广泛的场景范围内使用，在自由空间中创造像雾、烟或其他模糊的视觉。

研究人员计划进一步缩小系统的尺寸，这样它就可以集成到水下车辆等仪器设备中。通过英国的量子技术中心网络和创新，研究人员正在与行业合作，使该技术能够用于广泛的水下应用。