Однофотонный лидар с высоким разрешением работает на расстоянии до 1000 м

Однофотонная времяпролетная система визуализации глубины использует время, необходимое лазерному импульсу для прохождения до точки на объекте и обратно для расчета расстояния до этого объекта. Эти измерения повторяются потом для других точек на объекте для получения трехмерной информации.

Специалистами из США и Великобритании использовали для этого чрезвычайно чувствительный детектор – сверхпроводящий нанопроволочный однофотонный детектор (SNSPD). Поскольку он способен регистрировать одиночные фотоны, в лидаре можно использовать лазеры очень низкой мощности, в том числе, безопасные для глаз человека, и они будут работать быстро и на большом расстоянии.

Для снижения уровня помех детектор был охлажден для температуры ниже 1 Кельвина в компактной криогенной системе. Затем инженеры соединили охлажденный SNSPD со специально разработанным однопиксельным сканирующим приемопередатчиком, работающим на частоте 1550 нм. А также добавили передовое оборудование для хронометража, чтобы отсчитывать временные интервалы с точностью до одной триллионной секунды.

«Все эти факторы обеспечивают повышенную гибкость в компромиссе между отстоянием, уровнями мощности лазера, временем получения данных и разрешением по глубине, - сказал Энгус Маккарти (на обложке) из Университета Хериот-Уатт (Шотландия). – Кроме того, поскольку детекторы SNSPD могут работать на более длинных частотах, чем 1550 нм, их конструкция открывает путь к разработке однофотонных лидаров для среднего инфракрасного диапазона, что приведет к улучшению визуализации сквозь туман, дым и другие помехи».

Испытания показали, что лидар регистрирует объекты на расстоянии 45, 325 и 1000 метров. Для оценки пространственного разрешения и разрешения по глубине ученые сканировали трехмерный объект. Система смогла различить детали размером 1 мм на расстоянии 45 и 325 м. Это примерно в десять раз превышает их собственный прошлый результат. Также они получили с этих же расстояний трехмерное изображение лица, использовав для этого безопасный для глаз лазер мощностью 3,5 мВт и минимальную обработку данных.

В дальнейшем исследователи планируют испытать лидар на дистанции до 10 км и в менее благоприятных атмосферных условиях, https://phys.org/news/2025-02-photon-lidar-3d-images-distanc... Phys.

Машинное зрение современных робомобилей зачастую требует применения разных методов визуализации окружающих объектов, в том числе, радаров и лидаров. Для военных целей эти решения не идеальны: свет лидара или волны радара легко заметить, а сигнал GPS — заблокировать. Американские инженеры https://hightech.plus/2024/03/17/novaya-kamera-dlya-voennih-... инструменты автономного управления движением автомобиля, позволяющие обойтись без радаров и лидаров, исключительно оптическими камерами.