تصویربرداری از اعماق تاریک اقیانوس با لیدار کوانتومی - وبلاگ تینتا

به گزارش وبلاگ تینتا، ایسنا نوشت: یک فناوری نو کوانتومی می تواند به مدل سازی و تصویربرداری از مکان های صعب العبور مانند خطوط لوله زیر آب و تاسیسات واقع در اعماق دریا یاری کند.

پژوهشگران دانشگاه هریوت-وات(Heriot-Watt) و دانشگاه ادینبرو(Edinburgh) در یک پیشرفت قابل توجه صنعتی، یک سیستم لیدار(LIDAR) را توسعه داده اند که از فناوری تشخیص کوانتومی برای به دست آوردن تصاویر سه بعدی در لحظه در حالی که کاملاً در زیر آب غوطه ور است، استفاده می نماید و می تواند اطلاعات سه بعدی و جزئی را حتی در شرایط بسیار کم نور زیر آب ثبت کند.

لیدار یا لایدار یکی از فناوری های سنجش از راه دور است که با تاباندن لیزر به هدف و تجزیه و تحلیل نور بازتاب شده، فاصله را میزان می گیرد. لیدار مشابه رادار است که بعضی اوقات نیز رادار لیزری نامیده می گردد. اختلاف اصلی لیدار و رادار، طول موج های تابشی مورد استفاده است. رادار از طول موج هایی در ناحیه رادیویی استفاده می نماید در حالی که لیدار طول موج های لیزری را به کار می برد.

روش متداول برای معین فاصله تا یک جسم یا سطح، مانند فناوری رادار که از امواج رادیویی استفاده می نماید و فاصله تا جسم با میزان گیری اختلاف زمانی بین ارسال پالس و دریافت پالس بازتابی معین می نماید، استفاده از پالس های لیزر است. فناوری لیدار در زمین سنجی ، ژئوماتیک، زمین شناسی، زمین ریخت شناسی، لرزه سنجی، جنگل داری، ارزیابی فاصله دور و فیزیک هواشناسی کاربرد دارد.

غوطه ور کردن سیستم های لیدار در آب کار آسانی نیست، زیرا آب می تواند نور را محدود و ذرات را پراکنده کند و این، گرفتن تصاویر واضح را سخت می نماید. با این حال، تشخیص تک فوتون که یک تکنیک مبتنی بر کوانتوم است، اجازه نفوذ بسیار بالا را می دهد و حتی در شرایط نور کم نیز کار می نماید.

پژوهشگران در آزمایش های اخیر خود که در مجله Optics Express شرح داده شده است، یک سیستم لیدار تک فوتونی را در یک مخزن بزرگ آب قرار دادند تا یک تصویر سه بعدی در لحظه از صحنه مورد نظر آنها ایجاد نمایند. این فناوری به پژوهشگران اجازه می دهد تا صحنه را حتی در شرایط نور کم تصویر نمایند که یک مزیت قابل توجه برای کاربردهای زیر آب است.

این سیستم لیدار تازه از یک منبع لیزر پالسی سبز برای روشن کردن صحنه مورد نظر استفاده می نماید و مجموعه ای از آشکارسازهای تک فوتونی نور منعکس شده را تشخیص می دهند که امکان تشخیص فوق سریع در شرایط نور کم را فراهم می نماید و زمان میزان گیری را در محیط های کم فوتون مانند آب تا حد زیادی کاهش می دهد.

پژوهشگران با میزان گیری زمان رفت و برگشت نور با زمان بندی پیکوثانیه می توانند به طور معمول جزئیات میلی متری اهداف موجود در صحنه را تصویر نمایند.

این رویکرد بعلاوه به آنها اجازه می دهد فوتون های منعکس شده به وسیله هدف را از فوتون های منعکس شده به وسیله ذرات در آب تشخیص دهند و به ویژه برای انجام تصویربرداری سه بعدی در آب های بسیار کدر که پراکندگی نوری می تواند کنتراست(تضاد) و وضوح تصویر را از بین ببرد، مناسب است.

کاربردهای لیدار کوانتومی

این واقعیت که این رویکرد به هزاران آشکارساز تک فوتونی احتیاج دارد که همگی صدها رویداد در ثانیه فراوری می نمایند، بازیابی و پردازش داده های لازم برای بازسازی تصویر سه بعدی در زمان کوتاه، به ویژه برای کاربردهای زنده و در لحظه را بسیار چالش برانگیز می نماید. با این حال، این گروه پژوهشی الگوریتم هایی را به طور خاص برای تصویربرداری در شرایط پراکندگی بالا توسعه داده و آنها را در ارتباط با سخت افزار واحد پردازش گرافیکی(GPU) استفاده نموده است.

آرورا ماکارون، پژوهشگر دانشگاه هریوت-وات، کاربردهای بالقوه این فناوری را این گونه شرح می دهد: این فناوری می تواند برای طیف گسترده ای از کاربردها مفید باشد. به عنوان مثال می توان از آن برای بازرسی تاسیسات زیر آب، مانند کابل های مزرعه بادی زیر آب و ساختار توربین ها زیر آب استفاده کرد. لیدار زیر آب بعلاوه می تواند برای نظارت یا آنالیز سایت های باستان شناسی زیر آب و برای کاربردهای امنیتی و دفاعی استفاده گردد.

وی در ادامه گفت: هدف این کار این است که فناوری های تشخیص کوانتومی را برای کاربردهای زیر آب در دسترس قرار دهد، به این معنی که ما بتوانیم صحنه مورد نظر خود را در شرایط بسیار کم نور تصویر کنیم. این فناوری روی استفاده از کابل های دریایی و تاسیسات انرژی تاثیر می گذارد. این فناوری بعلاوه می تواند امکان نظارت را بدون حضور انسان فراهم کند که به معنای آلودگی کمتر و حضور کمتر تهاجمی در محیط های دریایی است.

فناوری تازه این گروه پژوهشی با بعضی از پیشرفت های مهم در فناوری حاصل شده است. ماکارون می گوید: دانشگاه هریوت-وات سابقه ای طولانی در توسعه روش های تشخیص تک فوتونی و پردازش تصویر داده های تک فوتونی دارد که به ما امکان می دهد تصویربرداری تک فوتونی پیشرفته را در شرایط بسیار چالش برانگیز ممکن کنیم.

وی اضافه نمود: دانشگاه ادینبرو نیز به پیشرفت های اساسی در طراحی و ساخت آرایه های آشکارساز تک فوتونی دست یافته است که به ما امکان ساخت سیستم های تصویربرداری فشرده و قوی بر اساس فناوری های تشخیص کوانتومی را می دهد.

این سیستم لیدار با استفاده از فناوری تشخیص کوانتومی در تصویربرداری زیر آب که کاربردهای بالقوه زیادی دارد، کاربردهای بالقوه زیادی را نشان داده است. کار این گروه پژوهشی روش تازهی برای ثبت تصاویر سه بعدی در لحظه در زیر آب فراهم می نماید و پنجره های زیادی را به روی آینده باز می نماید.

5858