Single-photon LiDAR delivers detailed 3D images at distances up to 1 kilometer
traduction et commentaires par R.O.HARTMANSHENN
Le LiDAR monophoton fournit des images 3D détaillées à des distances allant jusqu'à 1 kilomètre
par Optica
Des chercheurs ont conçu un système LiDAR monophoton à temps de vol capable de produire des images 3D haute résolution d'objets et de visages situés à une certaine distance. Les images du haut montrent des piliers imprimés en 3D photographiés à 45 m de distance en plein jour. Les images du bas représentent un visage humain reconnaissable vu d'une personne située à 325 m de distance. Crédit : Aongus McCarthy, Université Heriot-Watt
Des chercheurs ont conçu un système LiDAR monophoton à temps de vol capable d'acquérir une image 3D haute résolution d'un objet ou d'une scène jusqu'à 1 kilomètre de distance. Le nouveau système pourrait contribuer à améliorer la sécurité, la surveillance et la télédétection en permettant une imagerie détaillée même dans des conditions environnementales difficiles ou lorsque les objets sont masqués par du feuillage ou un filet de camouflage.
« Notre système utilise un détecteur à photon unique environ deux fois plus efficace que les détecteurs déployés dans des systèmes LiDAR similaires rapportés par d'autres groupes de recherche et a une résolution temporelle du système au moins 10 fois meilleure », a déclaré Aongus McCarthy, membre de l'équipe de recherche de l'Université Heriot-Watt au Royaume-Uni.
« Ces améliorations permettent au système d'imagerie de collecter davantage de photons dispersés de la cible et d'atteindre une résolution spatiale beaucoup plus élevée. »
Dans Optica, un groupe multi-institutionnel de chercheurs du Royaume-Uni et des États-Unis montre que le nouveau système peut construire une image 3D représentant un visage humain clairement reconnaissable d'une personne à 325 mètres de distance.
Les chercheurs étaient issus du groupe de Gerald Buller à l'Université Heriot-Watt, du groupe de Robert Hadfield à l'Université de Glasgow, du groupe de Matthew Shaw au Jet Propulsion Laboratory de la NASA et du groupe de Karl Berggren au MIT.
« Ce type de système de mesure pourrait conduire à des systèmes de sécurité et de surveillance améliorés qui pourraient, par exemple, acquérir des images de profondeur détaillées à travers la fumée ou le brouillard et de scènes encombrées », a déclaré McCarthy, premier auteur du nouveau document.
« Il pourrait également permettre l'identification à distance d'objets dans divers environnements et la surveillance du mouvement des bâtiments ou des parois rocheuses pour évaluer l'affaissement ou d'autres dangers potentiels. »
Télémétrie par lumière
Le système d'imagerie de profondeur à temps de vol à photon unique utilise le temps nécessaire à une impulsion laser pour se déplacer du système vers un point d'un objet et revenir pour calculer la distance jusqu'à l'objet. Ces mesures de temps de vol sont ensuite répétées pour des points situés sur l'objet afin d'obtenir des informations en 3D.
Le nouveau système utilise un détecteur ultrasensible appelé détecteur monophotonique à nanofils supraconducteurs (SNSPD) développé par les groupes de recherche du MIT et du JPL. Le SNSPD peut détecter un seul photon de lumière, ce qui signifie que des lasers de très faible puissance, y compris des lasers sans danger pour les yeux, peuvent être utilisés pour effectuer des mesures en très peu de temps et sur de longues distances.
Pour réduire les niveaux de bruit, le détecteur a été refroidi à un peu moins de 1 Kelvin dans un système de cryoréfrigérateur compact conçu et construit par le groupe de l'Université de Glasgow.
Les chercheurs ont combiné le SNSPD refroidi avec un nouvel émetteur-récepteur de balayage monopixel personnalisé fonctionnant à une longueur d'onde de 1550 nm, conçu par McCarthy à l'université Heriot-Watt. Ils ont également ajouté un équipement de chronométrage avancé pour mesurer des intervalles de temps extrêmement précis, précis jusqu'au trillionième de seconde (picosecondes).
Pour mettre cela en perspective, en seulement 1 000 picosecondes, la lumière peut parcourir environ 300 millimètres (environ 1 pied). Cette précision a permis de distinguer des surfaces séparées d'environ 1 mm de profondeur à 325 mètres de distance.
Scans à 325 mètres de distance d'une tête en polystyrène grandeur nature et du co-auteur de la recherche Gregor Taylor. Crédit : Université Heriot-Watt
"Ces facteurs offrent tous une flexibilité améliorée dans le compromis entre la distance de sécurité, les niveaux de puissance laser, le temps d'acquisition des données et la résolution en profondeur", a déclaré McCarthy.
« De plus, étant donné que les détecteurs SNSPD peuvent fonctionner à des longueurs d'onde supérieures à 1550 nm, cette conception ouvre la porte au développement d'un système LiDAR à photon unique dans l'infrarouge moyen, qui pourrait encore améliorer l'imagerie à travers le brouillard, la fumée et d'autres zones obscures.
Découvrez les dernières nouveautés en matière de science, de technologie et d'espace avec plus de 100 000 abonnés qui comptent sur Phys.org pour des informations quotidiennes. Inscrivez-vous à notre newsletter gratuite et recevez des mises à jour sur les avancées, les innovations et les recherches qui comptent, chaque jour ou chaque semaine.
Mesures 3D d'objets distants
Les chercheurs ont effectué des tests sur le terrain de leur système LiDAR sur le campus de l'université Heriot-Watt en prenant des mesures sur des objets situés à 45 mètres, 325 mètres ou 1 kilomètre de distance.
Pour évaluer la résolution spatiale et en profondeur, ils ont scanné une cible personnalisée imprimée en 3D avec des piliers de tailles et de hauteurs variables. Le système a résolu des caractéristiques aussi petites que 1 mm à la lumière du jour à 45 et 325 mètres, soit une résolution en profondeur environ 10 fois supérieure à celle obtenue auparavant. Ils ont également capturé une image 3D d'un visage humain à ces distances en utilisant un temps d'acquisition de 1 ms par pixel, un laser de 3,5 mW sans danger pour les yeux et un traitement minimal des données.
« L'excellente résolution en profondeur du système signifie qu'il serait particulièrement bien adapté à l'imagerie d'objets derrière des éléments encombrants, tels que du feuillage ou des filets de camouflage, un scénario qui serait difficile pour un appareil photo numérique », a déclaré McCarthy. « Par exemple, il pourrait distinguer un objet situé à quelques centimètres derrière un filet de camouflage alors que les systèmes avec une résolution plus faible ne seraient pas en mesure de distinguer l'objet. »
Bien que les essais sur le terrain du système LiDAR aient été limités à une portée d'un kilomètre, les chercheurs prévoient de tester le système à des distances allant jusqu'à 10 km et d'explorer l'imagerie à travers des obscurcissements atmosphériques comme la fumée et le brouillard.
Les travaux futurs porteront également sur l'utilisation de méthodes informatiques avancées pour accélérer l'analyse des données et permettre l'imagerie de scènes plus éloignées.
XXXXXXXXXXX
COMMENTAIRES
Article et travail interssant ;mais pour mes élèves :quelle difference entre RADAR et LIDAR ???
La principale différence entre LiDAR et Radar réside dans leur technologie sous-jacente. Le LiDAR utilise des faisceaux laser pour mesurer les distances, tandis que le Radar s'appuie sur des ondes radio.
Le terme LiDAR est un acronyme anglais pour « LIght Detection And Ranging » signifiant en français « détection et estimation de la distance par la lumière ».
Aucun commentaire:
Enregistrer un commentaire