Yeni kompakt ve hafif tek fotonlu havadan Lidar sistemi, tek fotonlu Lidar’ı 3 boyutlu arazi haritalaması gibi hava ve uzay uygulamaları için pratik hale getirebilir.
Kompakt, düşük güçlü sistem, foton-Verimli drone ve uydu tabanlı çevresel izleme ve haritalama.
Araştırmacılar, düşük güçlü bir lazerle yüksek çözünürlüklü 3D görüntüler elde edebilen, kompakt ve hafif, tek fotonlu, havadan uçan bir lidar sistemi geliştirdiler. Bu ilerleme, tek fotonlu lidarı çevresel izleme, 3 boyutlu arazi haritalaması ve nesne tanımlama gibi hava ve uzay uygulamaları için pratik hale getirebilir.
Tek fotonlu lidar, lazer darbelerinin nesnelere gidip geri gitmesi için gereken süreyi ölçmek için tek foton algılama tekniklerini kullanır. Yoğun bitki örtüsü veya kentsel alanlar gibi zorlu ortamlarda bile arazinin ve nesnelerin son derece hassas 3 boyutlu haritalanmasını mümkün kıldığından havadaki uygulamalar için özellikle kullanışlıdır.
Teknolojik gelişmeler
Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden araştırma ekibi üyesi Feihu Xu, “Kaynakları sınırlı dronlar veya uydularda tek fotonlu lidar teknolojisinin kullanılması, tüm sistemin küçültülmesini ve enerji tüketiminin azaltılmasını gerektiriyor” dedi. “Diğer son teknolojiye sahip havadan kullanılan lidar sistemleriyle karşılaştırıldığında, en düşük lazer gücünü ve en küçük optik açıklığı kullanan, aynı zamanda tespit aralığı ve algılama açısından iyi performansı koruyan bir sisteme son teknoloji gelişmelerini dahil edebildik. görüntüleme çözünürlüğü.”
Araştırmacılar, sistemin gerçek dünyadaki yeteneğini, onu küçük bir uçakta kullanarak gündüzleri geniş alanlarda yüksek çözünürlüklü 3 boyutlu görüntüler yakalayarak gösterdi.
Yüksek etkili araştırma dergisinde araştırmacılar, sistemin alt piksel tarama ve yeni bir 3D ters evrişim algoritması ile birlikte kullanıldığında ışığın kırınım sınırını aşan bir görüntüleme çözünürlüğü elde etme yeteneğine sahip olduğunu gösteriyor. Bunlar aynı zamanda sistemin gündüz vakti küçük bir uçaktaki geniş alanlarda yüksek çözünürlüklü 3 boyutlu görüntüler yakalama yeteneğini de gösteriyor.
Xu, “Sonuçta, çalışmalarımız etrafımızdaki dünyaya dair anlayışımızı geliştirme ve herkes için daha sürdürülebilir ve bilgili bir geleceğe katkıda bulunma potansiyeline sahip” dedi. “Örneğin, sistemimiz ormansızlaşma veya orman sağlığı üzerindeki diğer etkiler gibi orman manzaralarındaki değişiklikleri izlemek için dronlar veya küçük uydular üzerinde konuşlandırılabilir.
Ayrıca depremlerden sonra, hasarın boyutunu değerlendirmeye yardımcı olabilecek ve kurtarma ekiplerine rehberlik ederek potansiyel olarak hayat kurtarabilecek 3 boyutlu arazi haritaları oluşturmak için de kullanılabilir.”
Tek Foton Lidar Küçülüyor
Yeni havadaki tek fotonlu lidar sistemi, bir lazerden yere doğru ışık darbeleri göndererek çalışıyor. Bu darbeler nesnelerden yansıyor ve daha sonra tek fotonlu çığ diyotu (SPAD) dizileri adı verilen çok hassas dedektörler tarafından yakalanıyor.
Bu dedektörler, tek fotonlara karşı gelişmiş hassasiyet sağlayarak yansıyan lazer darbelerinin daha verimli algılanmasını sağlar ve böylece daha düşük güçlü bir lazer kullanılabilir. Genel sistem boyutunu azaltmak için araştırmacılar, alıcı optik olarak 47 mm optik açıklığa sahip küçük teleskoplar kullandılar.
Geri dönen tek fotonların uçuş süresinin ölçülmesi, ışığın yere ve geriye gidişi için geçen sürenin hesaplanmasını mümkün kılar. Arazinin ayrıntılı 3 boyutlu görüntüleri daha sonra hesaplamalı görüntüleme algoritmaları kullanılarak bu bilgilerden yeniden oluşturulabilir.
Xu, “Yeni sistemin önemli bir parçası, sürekli ince tarama gerçekleştiren ve yer hedeflerinin alt piksel bilgilerini yakalayan özel tarama aynalarıdır” dedi. “Ayrıca, foton açısından verimli yeni bir hesaplama algoritması, bu alt piksel bilgisini az sayıda ham foton tespitinden çıkararak, zayıf sinyaller ve güçlü güneş gürültüsünün yarattığı zorluklara rağmen süper çözünürlüklü 3D görüntülerin yeniden oluşturulmasını sağlıyor.”
Zemin ve Hava Testi
Araştırmacılar yeni sistemin yeteneklerini doğrulamak için bir dizi test gerçekleştirdi. Uçuş öncesi yer testi, tekniğin etkinliğini doğruladı ve sistemin varsayılan ayarlarla 1,5 km uzaklıktan 15 cm çözünürlükte Lidar görüntüleme gerçekleştirebildiğini gösterdi. Alt piksel tarama ve 3 boyutlu ters evrişimi uyguladıktan sonra araştırmacılar, aynı mesafeden 6 cm’lik etkili bir çözünürlük gösterebildiler.
Araştırmacılar ayrıca Çin’in Zhejiang Eyaleti, Yiwu Şehrinde birkaç hafta boyunca küçük bir uçakta sistemle gündüz deneyleri gerçekleştirdiler. Bu deneyler, çeşitli yer şekillerinin ve nesnelerin ayrıntılı özelliklerini başarılı bir şekilde ortaya çıkardı ve gerçek dünya senaryolarında sistemin işlevselliğini ve güvenilirliğini doğruladı.
Ekip şu anda sistemin performansını ve entegrasyonunu geliştirmek için çalışıyor ve uzun vadeli hedefi, sistemi küçük bir uydu gibi uzayda taşınan bir platforma kurmak. Ticarileştirilmeden önce sistemin stabilitesinin, dayanıklılığının ve maliyet etkinliğinin de iyileştirilmesi gerekmektedir.
Referans: Shijie Liu, Cheng Wu, Hai-Lun Ren, Xin Huang, Yang Xu, Zhao-Hui Li, Jianjun Jia, Chunlai Li, Zheng- tarafından yazılan “Küçük boyutlu ve düşük güçlü bir yüke doğru havadan tek fotonlu LiDAR” Ping Li, Yu-Chen Zhang, Feihu Xu, Jian-Yu Wang, Pengyu Jiang, Yu Hong, Hao Zhou, Qiang Zhang ve Jian-Wei Pan, 19 Mayıs 2024.
0 Yorumlar