ИК-лидар способен выдавать трёхмерное изображение на километровых дистанциях

Для обычных изображений применяют, как вы помните, видеокамеры. А вот сканирующие лидары в системах машинного зрения формируют трёхмерную картину с использованием лазерного луча, по времени полёта которого к объекту и от него задаётся расстояние до источника излучения. Такие лидарные системы считаются ключевыми элементами навигации автомобилей без водителя, и именно они — главная причина их дороговизны. Есть у них и другие проблемы: не могут работать, когда тело не отражает или плохо отражает лазерный луч; снег, дождь и прочее в том же духе выбивают лидары из колеи, да и дальность создания детального 3D-изображения не превышает пока сотен метров.

Снимки нового ИК-лидара с 325 м (в центре). Как видим, пока налицо проблемы с человеческой кожей, не отражающей волны с длиной в 1 560 нм. (Здесь и ниже иллюстрации OSA.)

Группа исследователей под руководством Джеральда Буллера (Gerald Buller) из Университета Хериота и Уатта (Шотландия) использовала для этих целей маломощный ИК-лазер (250 мкВт!) с длиной волны в 1 560 нм (примерно вдвое больше, чем у красного света). Что особенно важно, приёмник отражённого излучения такого лазера мог регистрировать одиночные фотоны.

В итоге, как и рассчитывали авторы работы, столь длинные волны едва задерживались атмосферой, что принято называть «окном прозрачности». Первые же эксперименты выдали на-гора трёхмерные изображения на расстоянии в километр, а принципиально такая система работоспособна до 10 км. Легко догадаться, что здешний лазер должен быть не таким мощным, как при работе в оптическом диапазоне, ведь поглощение его лучей атмосферой намного ниже.

Справа: изображения ИК-лидара с 910 м, полученные за 10 мс. Слева: за 50 мс. Выражение лица, конечно, анализировать ещё рано, но для 910 м это очень хороший результат.

Пока новый ИК-лидар испытывается в основном на изображениях крупных объектов, в том числе частично спрятанных препятствиями (скажем, листвой). Разработчики признаются, что быстродействие системы (из-за высокого разрешения обработка получаемых данных длится минуты) пока хромает, но по соотношению малых энергозатрат и высокого качества при отменной дальности устройство уже не имеет аналогов.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Optics Express.

Подготовлено по материалам Optical Society of America.