Technologia kwantowa rozwiązuje problemy związane z wykonywaniem zdjęć 3D w czasie rzeczywistym pod wodą. Prototypowy system wykorzystuje LiDAR do oświetlenia przedmiotu, a detektory kwantowe wychwytują odbite światło lasera.
Oczy pozwalające zobaczyć niedostrzegalne
Aby dostrzec pewne zjawiska i obiekty koniecznym jest posłużyć się mniej lub bardziej zaawansowaną aparaturą. Tylko dzięki specjalnym systemom wizyjnym możemy dostrzec historię wszechświata zamkniętą w malutkich cząstkach, fale świetlne nieuchwytne dla ludzkiego oka i obiekty wielkości atomów. Teraz, wykorzystując fizykę kwantową, naukowcy z Heriot-Watt University i University of Edinburgh w Wielkiej Brytanii zaprojektowali prototypowy system LiDAR zdolny do wykonania zdjęć 3D obiektów podwodnych.
Robienie zdjęć 3D pod wodą jest trudne ze względu na niespójne warunki oświetleniowe i cząsteczki w wodzie, które rozpraszają światło i powodują zniekształcenia. Prototypowy system wykorzystuje pulsujący zielony laser do oświetlania obiektu, a odbite światło wychwytywane jest przez tysiące kwantowych detektorów pojedynczych fotonów.
Konwencjonalne LiDARy (Systemy wykrywania i określania odległości światła) wykorzystywane są zazwyczaj do mierzenia odległości do obiektu na podstawie pomiaru czasu odbicia pulsującego światła laserowego, powracającego do odbiornika. W nowym systemie wiązka laserowa przebiega przez mętne środowisko wodne. By obrazowanie zakończyło się sukcesem, naukowcy opracowali algorytmy do przetwarzania obrazów w warunkach rozproszonego światła i zastosowali je w sprzęcie z procesorem graficznym (GPU).
Podwodny LIDAR wychwytuje obraz 3D w czasie rzeczywistym
Naukowcy przystąpili do testowania swojego prototypu, zanurzając go w zbiorniku pełnym mętnej wody. Byli w stanie nagrywać filmy 3D w czasie rzeczywistym z odległości 3 metrów, w tym również filmy poruszających się obiektów. Zespół twierdzi, że wyniki badania podkreślają korzyści płynące z zastosowania technologii detekcji kwantowej do tworzenia urządzeń do obrazowania, które można stosować w innych, trudnych środowiskach.
Technologie pojedynczych fotonów szybko się rozwijają i wykazaliśmy bardzo obiecujące wyniki w środowiskach podwodnych. Algorytmy podejścia i przetwarzania obrazu mogą być również wykorzystywane w szerszym zakresie scenariuszy w celu poprawy widzenia w wolnej przestrzeni, takiej jak mgła, dym lub inne przeszkody.
Aurora Maccarone, główna autorka badania
Oczywistymi zastosowaniami systemu jest inspekcja podwodnej infrastruktury, takiej jak kable telekomunikacyjne lub do badania zatopionych stanowisk archeologicznych. Następnym krokiem zespołu jest zmniejszenie rozmiaru kwantowego LiDARu, tak aby można go było zintegrować z pojazdem podwodnym.
Więcej o kwantowym LiDARze można przeczytać w oficjalnej publikacji naukowej zespołu.
