Forskere udvider ikke-line-of-sight billeddannelse mod længere bølgelængder
Nye teknologier til ikke-line-of-sight-billeddannelse kan registrere objekter, selvom de er rundt om et hjørne eller bag en væg. I nyt arbejde bruger forskere en ny type detektor til at udvide denne metode fra synligt lys til nær- og melleminfrarøde bølgelængder, et fremskridt, der kan være særligt nyttigt til ubemandede køretøjer, robotsyn, endoskopi og andre applikationer.
"Infrarød ikke-line-of-sight-billeddannelse kan forbedre sikkerheden og effektiviteten af ubemandede køretøjer ved at hjælpe dem med at opdage og navigere rundt om forhindringer, der ikke er direkte synlige," sagde Xiaolong Hu fra Tianjin University i Kina. Hans team samarbejdede med en gruppe ledet af Jingyu Yang, også fra Tianjin University. "Brug af nær-infrarøde bølgelængder kan også hjælpe med at reducere øjensikkerhedsproblemer og sænke baggrundsstøjen, hvilket potentielt muliggør billeddannelse over længere afstande i dagtimerne."
I Optics Express , beskriver forskerne den første demonstration af ikke-line-of-sight-billeddannelse ved hjælp af en avanceret lysfølende komponent kendt som en superledende nanotråd-enkeltfoton-detektor. Denne detektor udviser enkeltfotonfølsomhed fra røntgen til midt-IR-bølgelængder, hvilket gør det muligt for forskere at udvide billeddannelsesteknikkens spektrale område til nær- og melleminfrarøde bølgelængder på 1560 og 1997 nm. Forskerne udviklede også en ny algoritme til yderligere at forbedre de billeder, som systemet opnår.
"Denne proof-of-princip demonstration åbner døre for flere forskningsmuligheder og potentielle anvendelser," sagde Hu. "At flytte ikke-line-of-sight-billeddannelse mod de mellem-infrarøde bølgelængder giver fordele for mange applikationer. Ud over at forbedre navigationen for robotter og køretøjer kan det også forbedre signal-til-støj-forholdet til biologisk billeddannelse."
Oprettelse af et følsomt øje
Ikke-line-of-sight billeddannelsesteknologier bruger fotodetektorer til at detektere flere stråler af reflekteret lys, der udsendes eller reflekteres fra objekter uden for synslinjen. I modsætning til traditionelle line-of-sight billeddannelsesteknikker såsom LiDAR og fotografering, er lyset, der detekteres for ikke-line-of-sight billeddannelse, meget svagt. Dette kræver detektorer med meget høj følsomhed.
"Vi designede og lavede en superledende nanotråd enkelt-foton detektor, der fungerer som et meget følsomt øje til at se et objekt gemt rundt om et hjørne," sagde Hu. "Denne detektor udkonkurrerer andre enkeltfoton-detektorer med hensyn til detektionseffektivitet i de nær- og mellem-infrarøde spektralområder, hvilket gjorde det muligt at udføre ikke-line-of-sight-billeddannelse ved længere bølgelængder."
Superledende nanotråd enkelt-foton detektorer er baseret på det faktum, at en enkelt foton vil forstyrre superledning. Dette skaber en målbar ændring i elektrisk modstand, der tillader detektering af individuelle fotoner med høj effektivitet. I det nye arbejde skabte forskerne en enkeltfotondetektor med 40 nm brede nanotråde arrangeret i et fraktalt mønster.
Dette mønster, som udviser lignende former ved forskellige forstørrelser, gør det muligt effektivt at detektere fotoner i alle polariseringer. Detektoren blev afkølet til ~2 K (lige over det absolutte nulpunkt), hvilket er nødvendigt for at opnå superledning.
Billedbehandling i det infrarøde
Efter at have demonstreret, at deres superledende nanotråd-enkeltfoton-detektor udviste bedre timing-opløsning og lavere støj end en InGaAs/InP-enkeltfoton lavinediode, brugte forskerne den nye detektor til at erhverve ikke-line-of-sight-billeddannelse ved både 1560 og 1997 nm . De opnåede en rumlig opløsning på mindre end 2 cm for begge bølgelængder. De viste også, at billeder, der var rekonstrueret ved hjælp af deres nye algoritme, havde en signifikant lavere rodgennemsnitsfejl - et mål for afvigelsen fra det ideelle billede - end dem, der blev rekonstrueret ved hjælp af andre metoder.
Forskerne arbejder nu på at udvide deres arbejde ved at udforske andre bølgelængder af interesse og undersøge, hvordan at arrangere flere superledende nanotråd-enkeltfoton-detektorer i arrays kan muliggøre yderligere muligheder. De ønsker også at eksperimentere med at bruge deres nye system til at opnå ikke-line-of-sight billeddannelse over længere afstande i løbet af dagen.
Flere oplysninger: Yifan Feng et al., Non-line-of-sight-billeddannelse ved infrarøde bølgelængder ved hjælp af en superledende nanotråd-enkeltfoton-detektor, Optics Express (2023). DOI:10.1364/OE.497802
Journaloplysninger: Optics Express
Leveret af Optica
Varme artikler
-
Kompakt system designet til høj præcision, robotbaserede overflademålingerAt skabe et system, der kan tage målinger i det vibrationsudsatte miljø på en industriel produktionsfabrik, forskere kombinerede et kompakt 2D-hurtigt styrespejl (FSM) med en højpræcision 1D konfokal -
Optisk magi:Nyt fladt glas muliggør optimal visuel kvalitet til augmented reality-brillerIllustration, der viser betjeningen af et augmented reality-headset med multifunktionelle ikke-lokale metasurfaces som optiske gennemsigtige linser. Kredit:Nanfang Yu, Stephanie Malek, Adam Overvig/ -
Partikelfysikere opdager mystisk struktur i Great Pyramid - her er hvordan de gjorde detKhufus pyramide er den største i Giza -pyramidekomplekset. Kredit:Ricardo Liberato/wikipedia, CC BY-SA Partikelfysikere har afsløret en stor, skjult tomrum i Khufus pyramide, den største pyramide -
Ny undersøgelse åbner døren til solid-state-enheder, der bruger spændte elektronerScanning af ultrahurtig elektronmikroskopi viser diffusion af elektroner i silicium over en periode med picoskunder (ps). Kredit:Marco Bernardi For første gang, ingeniører og forskere ved Caltech
- Liste over ferromagnetiske metaller
- Ny undersøgelse af grafen-indpakkede nanokrystaller gør indhug i næste generations brændselscell…
- Hvordan et spil kan flytte folk fra klimaapati til handling
- Delhi halvmaraton for at gå videre trods smog, domstolsregler
- Genbrug og nytænkning af batterier
- Gargantuan hagl i Argentina kan have slået verdensrekord