Actualités Optique & Photonique

May 18, 2023

Meeri Kim

Les chercheurs ont développé un système lidar qui utilise la technologie de détection quantique pour capturer des images 3D sous l'eau. Ils ont démontré la technologie en prenant une image 3D (à gauche) d'un tuyau (à droite). Le balayage a été obtenu dans des conditions de faible diffusion avec le système à photon unique immergé dans un réservoir. [Image : A. Maccarone, Université Heriot-Watt] [Agrandir l'image]

Des chercheurs du Royaume-Uni, de France et d'Espagne ont créé un système lidar sous-marin capable de capturer des images 3D en temps réel (Opt. Express, doi : 10.1364/OE.487129). Alors que des démonstrations similaires ont été réalisées avec la configuration optique à l'extérieur d'un réservoir d'eau, le prototype actuel a obtenu avec succès des vidéos en trois dimensions de cibles en mouvement alors qu'elles étaient complètement submergées.

La nouvelle technologie, basée sur la détection à photon unique, pourrait être utilisée pour inspecter des installations sous-marines telles que des parcs éoliens offshore, pour surveiller ou étudier des sites archéologiques submergés, ou pour des applications de sécurité et de défense.

L'imagerie optique haute résolution dans l'eau trouble reste difficile en raison de l'absorption et de la diffusion, qui provoquent une atténuation significative du signal sur des distances de propagation relativement courtes. Dans des travaux antérieurs, Aurora Maccarone, de l'Université Heriot-Watt, au Royaume-Uni, et ses collègues ont signalé la première utilisation de techniques de détection à photon unique pour l'imagerie sous-marine, qui permettent une pénétration très élevée dans l'eau trouble.

"En mesurant le temps de vol des impulsions lumineuses, nous avons pu reconstruire des images tridimensionnelles d'objets sous-marins", a déclaré l'auteur de l'étude, Maccarone. "Cette [dernière étude] représente une avancée car, à notre connaissance, il s'agit du premier prototype d'un système d'imagerie entièrement immergé basé sur des technologies de détection quantique."

Les expériences précédentes de son équipe et d'autres groupes ont toujours été réalisées dans des conditions de laboratoire soigneusement contrôlées, la configuration optique étant placée à l'extérieur d'un réservoir d'eau et l'analyse des données effectuée hors ligne. Désormais, non seulement la configuration optique est sous l'eau, mais les développements matériels et logiciels réalisés par Maccarone et ses collègues permettent de reconstruire des images 3D en temps réel.

Le système comprenait un laser pulsé vert (532 nm, 20 MHz) pour l'éclairage et un réseau ultra-sensible (192 × 128 pixels) de diodes à avalanche à photon unique pour la détection, ainsi qu'un ensemble de collimation de fibre, un diffuseur optique, des lentilles et un filtre passe-bande. filtres. En mesurant le temps de retour de la lumière réfléchie, la distance à la cible pourrait être mesurée avec précision.

Le prototype a réalisé des images de cibles fixes à des distances de 3 m, ainsi que des démonstrations vidéo 3D en temps réel de cibles mobiles à 10 images par seconde.

"Le réseau de détecteurs à photon unique offre l'avantage d'une détection ultra-rapide des événements à faible luminosité, réduisant considérablement le temps d'opérations dans des environnements dépourvus de photons, comme en eau profonde", a déclaré Maccarone.

Après avoir assemblé et testé la configuration optique sur une paillasse de laboratoire, les chercheurs ont déplacé l'équipement dans un grand réservoir d'eau (4 × 3 × 2 m). Ils ont immergé le système dans l'eau et ajouté un agent de diffusion de manière contrôlée pour rendre l'eau plus trouble. Le prototype a réalisé des images de cibles fixes à des distances de 3 m, ainsi que des démonstrations vidéo 3D en temps réel de cibles mobiles à 10 images par seconde.

"Actuellement, le principal défi est de comprendre comment réduire la taille de chaque composant afin d'intégrer le système d'imagerie sur un véhicule sous-marin", a déclaré Maccarone. "Nous collaborons avec l'industrie pour trouver une solution appropriée pour rendre cela possible sans compromettre les performances du système."

Date de publication : 10 mai 2023