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¡De acuerdo! Un nuevo sistema lidar aerotransportado de fotón único, compacto y liviano, podría hacer que el lidar de fotón único sea práctico para aplicaciones aéreas y espaciales, como el mapeo del terreno en 3D. Crédito: Feihu Xu, Universidad de Ciencia y Tecnología de China
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Un nuevo sistema lidar aerotransportado de fotón único, compacto y liviano, podría hacer que el lidar de fotón único sea práctico para aplicaciones aéreas y espaciales, como el mapeo del terreno en 3D. Crédito: Feihu Xu, Universidad de Ciencia y Tecnología de China
Los investigadores han desarrollado un sistema lidar aéreo de fotón único compacto y liviano que puede adquirir imágenes 3D de alta resolución con un láser de baja potencia. Este avance podría hacer que el lidar de fotón único sea práctico para aplicaciones aéreas y espaciales como la monitorización ambiental, el mapeo del terreno en 3D y la identificación de objetos.
El lidar de fotón único utiliza técnicas de detección de fotón único para medir el tiempo que tardan los pulsos láser en viajar hacia los objetos y regresar. Es particularmente útil para aplicaciones aéreas porque permite mapear 3D de alta precisión del terreno y objetos incluso en entornos desafiantes como vegetación densa o áreas urbanas.
“El uso de tecnología lidar de fotón único en drones o satélites con recursos limitados requiere reducir todo el sistema y reducir su consumo de energía”, dijo el miembro del equipo de investigación Feihu Xu de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China.
“Pudimos incorporar desarrollos tecnológicos recientes en un sistema que, en comparación con otros sistemas lidar aéreos de última generación, emplea la potencia láser más baja y la apertura óptica más pequeña, manteniendo al mismo tiempo un buen rendimiento en términos de rango de detección y resolución de imagen.”
El vídeo muestra imágenes en 3D adquiridas utilizando el sistema lidar aerotransportado de fotón único a bordo de un avión pequeño. Crédito: Feihu Xu, Universidad de Ciencia y Tecnología de China
En Optica, los investigadores muestran que el sistema tiene la capacidad de lograr una resolución de imagen que supera el límite de difracción de la luz cuando se utiliza con escaneo de subpíxeles y un nuevo algoritmo de deconvolución 3D. También demuestran la capacidad del sistema para capturar imágenes 3D de alta resolución durante el día en grandes áreas a bordo de un avión pequeño.
“En última instancia, nuestro trabajo tiene el potencial de mejorar nuestra comprensión del mundo que nos rodea y contribuir a un futuro más sostenible e informado para todos”, afirmó Xu.
“Por ejemplo, nuestro sistema podría implementarse en drones o pequeños satélites para monitorear los cambios en los paisajes forestales, como la deforestación u otros impactos en la salud de los bosques. También podría usarse después de los terremotos para generar mapas del terreno en 3D que podrían ayudar a evaluar el alcance de daños y guiar a los equipos de rescate, potencialmente salvando vidas”.
Los investigadores demostraron la capacidad del sistema en el mundo real usándolo a bordo de un avión pequeño para capturar imágenes 3D de alta resolución durante el día en grandes áreas. Crédito: Feihu Xu, Universidad de Ciencia y Tecnología de China
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Los investigadores demostraron la capacidad del sistema en el mundo real usándolo a bordo de un avión pequeño para capturar imágenes 3D de alta resolución durante el día en grandes áreas. Crédito: Feihu Xu, Universidad de Ciencia y Tecnología de China
Reducción del lidar de fotón único
El nuevo sistema lidar aerotransportado de fotón único funciona enviando pulsos de luz desde un láser hacia el suelo. Estos pulsos rebotan en los objetos y luego son capturados por detectores muy sensibles llamados conjuntos de diodos de avalancha de fotón único (SPAD). Estos detectores proporcionan una sensibilidad mejorada a fotones individuales, lo que permite una detección más eficiente de los pulsos láser reflejados, de modo que se podría utilizar un láser de menor potencia. Para reducir el tamaño total del sistema, los investigadores utilizaron como óptica receptora pequeños telescopios con una apertura óptica de 47 mm.
La medición del tiempo de vuelo de los fotones individuales devueltos permite calcular el tiempo que tarda la luz en viajar hasta el suelo y regresar. Las imágenes detalladas en 3D del terreno se pueden reconstruir a partir de esta información utilizando algoritmos de imágenes computacionales.
“Una parte clave del nuevo sistema son los espejos de escaneo especiales que realizan un escaneo fino continuo, capturando información subpíxel de los objetivos terrestres”, dijo Xu. “Además, un nuevo algoritmo computacional eficiente en fotones extrae esta información de subpíxeles de una pequeña cantidad de detecciones de fotones sin procesar, lo que permite la reconstrucción de imágenes 3D de súper resolución a pesar de los desafíos que plantean las señales débiles y el fuerte ruido solar”.
Más información:
Yu Hong et al, LiDAR aerotransportado de fotón único hacia una carga útil de tamaño pequeño y bajo consumo, Optica (2024). DOI: 10.1364/OPTICA.518999
Información de la revista:
ÓPTICO
2024-04-25 14:00:29
1714054340
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