Nowa technologia zapewnia szczegółowe obrazy 3D z odległości do 1 kilometra

Naukowcy zaprojektowali system LiDAR, dzięki któremu można uzyskać niezwykle szczegółowy obraz 3D obiektu lub całej sceny oddalonej nawet o 1 kilometr.

Przykładowa mapa lidaru wielowiązkowego o wysokiej rozdzielczości, ukazująca geologię dna morskiego, w cieniowanej rzeźbie terenu i pokolorowana według głębokościdomena publiczna

LiDAR jest metodą, która znalazła zastosowanie w wielu dziedzinach. Meteorolodzy używają go m.in. do badania składników i rozkładu przestrzennego chmur, koncentracji zanieczyszczeń w atmosferze i detekcji ich składu. W GeekWeeku niekiedy spotkacie się z pojęciem LiDARU podczas opisywania odkryć archeologicznych. To dlatego, że umożliwia bezinwazyjne (tj. bez niszczenia) przeszukiwanie terenu i weryfikację stanowisk i obiektów archeologicznych. Co więcej, pozwala na ujawnienie struktur przykrytych przez roślinność.

Tę technologię stosuje się również w gospodarce wodnej, badaniach lodowców, terenów podmokłych, oceny zniszczeń po katastrofach, czy projektowaniu przebiegu tras drogowych, kolejowych, rurociągów. To tylko kilka wybranych i ogólnie ujętych przykładów. Niemniej jednak widzimy całkiem sporo możliwości, prawda? Nie powinno nas więc dziwić, że naukowcy nieustannie ulepszają tę technologię, by była jeszcze bardziej szczegółowa i skuteczna.

Ulepszony system LiDAR pozwala stworzyć szczegółowy obraz z dużej odległości

Teraz naukowcy zaprojektowali system z pojedynczym fotonem i czasem przelotu, który może uzyskać obraz 3D o wysokiej rozdzielczości obiektu lub sceny oddalonej o nawet 1 kilometr. — Nasz system wykorzystuje detektor pojedynczych fotonów, który jest około dwa razy bardziej wydajny od detektorów stosowanych w podobnych systemach LiDAR, o których informowały inne grupy badawcze, a ponadto charakteryzuje się rozdzielczością czasową systemu co najmniej 10 razy lepszą — powiedział członek zespołu badawczego Aongus McCarthy z Heriot-Watt University w Wielkiej Brytanii.

Nowy system może pomóc zwiększyć bezpieczeństwo, monitorowanie i zdalne wykrywanie, umożliwiając szczegółowe obrazowanie nawet w trudnych warunkach środowiskowych lub gdy obiekty są przesłonięte przez liście lub siatkę maskującą.

Naukowcy przeprowadzili testy terenowe swojego systemu LiDAR na terenie kampusu Uniwersytetu Heriot-Watt, dokonując pomiarów obiektów oddalonych o 45 metrów, 325 metrów i 1 kilometr. System rozróżnił cechy tak małe jak 1 mm w świetle dziennym z odległości 45 i 325 metrów - rozdzielczość głębi była około 10 razy lepsza niż uzyskana wcześniej.

Naukowcy zaprojektowali system LiDAR z pojedynczym fotonem i time-of-flight, który może wytwarzać obrazy 3D o wysokiej rozdzielczości obiektów i twarzy znajdujących się w pewnej odległościAongus McCarthy, Heriot-Watt Universitymateriał zewnętrzny

Na zdjęciu: Górne obrazy pokazują filary wydrukowane w 3D, sfotografowane z odległości 45 m w świetle dziennym. Dolne obrazy przedstawiają rozpoznawalną twarz człowieka znajdującego się w odległości 325 m.

Naukowcy planują przetestować system w odległości do 10 km i zbadać możliwość obrazowania przez przeszkody atmosferyczne, takie jak dym i mgła.

Publikacja: Aongus McCarthy et al, High-resolution long-distance depth imaging LiDAR with ultra-low timing jitter superconducting nanowire single-photon detectors,Optica (2025). DOI: 10.1364/OPTICA.544877