Anonim

ينتج نظام الليزر صورًا ثلاثية الأبعاد للأشياء التي تصل إلى كيلومتر واحد

علم

كينيدي جراي

12 أبريل 2013

2 صور

التقاط الصور ثلاثية الأبعاد في وضح النهار من 910 أمتار باستخدام نظام التصوير الجديد (الصورة: Optics Express)

ابتكر الفيزيائيون في جامعة هيريوت-واتت في اسكتلندا نظامًا للتصوير ثلاثي الأبعاد قادرًا على حسم العمق بمقياس الملليمتر على مسافات تصل إلى كيلومتر واحد. يشتغل نظام القياس "Time-of-Flight" (ToF) ، الذي يشبه إلى حد كبير إصدار الليزر من "رادار" ، شعاع ليزر الأشعة تحت الحمراء منخفض الطاقة عن الأشياء البعيدة ويسجل خريطة بيكسل لكل بكسل باستخدام كاشف يحسب و مواقف الفوتونات الفردية لأنها تصل مرة أخرى في المصدر.

على عكس الكاميرا ثنائية الأبعاد النموذجية التي تلتقط صوراً مسطحة ، يقوم هذا النوع من الأجهزة بجمع معلومات رقمية ويخلق صورًا باستخدام عمق دقيق للقياسات الميدانية للأسطح البعيدة التي يقوم بمسحها. يتيح ذلك تحديد كائنات حقيقية في العالم يمكن أن تجعل المناظر الطبيعية أو الكائنات البعيدة قابلة للتنقل بشكل كامل داخل مساحة افتراضية ثلاثية الأبعاد ، مما قد يحول نظام الملاحة "Google Earth" من نوع "تكبير وعموم" إلى نظام تصوير أكثر وضوحًا وواقعية - ويحتمل أن تكون قابلة للتنقل داخل الفضاء القائم على ناقلات البيانات.

لقد تم بالفعل استخدام قياس ليزر وقت الطيران على نطاق واسع في أنظمة ملاحة الرؤية الآلية مثل مركبات الروبوت في المصانع المتحركة وقطع الغيار حولها. ومع ذلك ، فإن المحصول الحالي من أنظمة ToF يصارع مع أي شيء أبعد من بضعة أقدام من المسافة ، وكذلك مع التصوير الدقيق لأنواع معينة من الكائنات.

أظهر نظام هيريوت وات وعدًا كبيرًا بالعمل مع الكائنات "غير المتعاونة " التي لا تعكس نبضات الليزر بسهولة ، مثل النسيج ، مما يجعل إمكانية النظام مفيدة في مجموعة كبيرة من المواقف الميدانية.

من المرجح أن يكون الاستخدام الأساسي للنظام مسحًا للأشياء التي صنعها الإنسان ، مثل المركبات ، ولكن لديه أيضًا إمكانية لتحديد موضع الكائن وسرعته واتجاهه بدقة غير مسبوقة.

ووفقًا للدكتورة آونغوس مكارثي ، زميل باحث في جامعة هيريوت وات ، فإن هذا النهج يوفر طريقة منخفضة الطاقة للتصوير العميق للأهداف العادية والصغيرة في مدى بعيد جدًا.

"في حين أنه من الممكن أن تتطابق أو تتفوق تقنيات أخرى لتدرج العمق على بعض خصائص هذه القياسات ، فإن نهج الفرز أحادي الفوتون يعطي مفاضلة فريدة بين دقة العمق والنطاق ووقت الحصول على البيانات ومستويات طاقة الليزر ".

الماسح الضوئي جيد بشكل خاص في تحديد الأشياء المخبأة خلف الفوضى ، مثل أوراق الشجر. ومع ذلك ، فإنه لا يمكن أن يجعل الوجوه البشرية ، بدلا من ذلك رسمها على أنها مناطق مظلمة ، لا يمكن وصفها بأنها ، على طول الموجة الطويل المستخدم من قبل النظام ، لا يرتد الجلد البشري عددًا كبيرًا من الفوتونات المنقولة للحصول على قياس عمق. على الجانب الآخر ، يقوم وجه العارضة بعرض معلومات العمق كما هو موضح في الصورة أعلاه.

إن الضوء الذي يختاره الفريق له طول موجي يبلغ 1560 نانومتر ، أو أطول (أو "أحمر ") من الضوء المرئي ، وبالتالي فإنه ينتقل بسهولة أكبر عبر الغلاف الجوي ، لا يغرق تحت أشعة الشمس ، وهو آمن للعيون. العديد من أنظمة ToF السابقة لم تتمكن من اكتشاف الأطوال الموجية الطويلة التي تم تصميم جهاز الفريق خصيصًا للإحساس بها.

خارج تعريف الكائن ، يمكن استخدام التصوير العميق لفحص العدسات لعدد من الأغراض العلمية ، بما في ذلك الفحص عن بعد للصحة وحجم الغطاء النباتي وحركة الوجوه الصخرية ، لتقييم المخاطر المحتملة.

في النهاية ، يقول مكارثي ، إنه يمتلك القدرة على مسح ومسح صور على مسافة تصل إلى 10 كيلومترات.

"من الواضح أنه سيتعين جعل النظام أصغر حجمًا وجعله أكثر وعورة ، لكننا نعتقد أنه يمكن تصور جهاز تصوير خفيف الوزن محمول على المستوى التجاري في غضون خمس سنوات".

وقد نُشر البحث هذا الشهر في مجلة Optics Express .

المصدر: جامعة هيريوت وات

صور ثلاثية الأبعاد لمعرض أزياء (أعلى) وشخص (أسفل) من مسافة 325 مترًا (الصورة: Optics Express)

التقاط الصور ثلاثية الأبعاد في وضح النهار من 910 أمتار باستخدام نظام التصوير الجديد (الصورة: Optics Express)

موصى به اختيار المحرر