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새로운 LIDAR 시스템은 단일 광자 검출기 어레이를 사용하여 수중 3차원 물체를 이미지화할 수 있습니다. 영국 헤리엇-와트 대학교(Herriot-Watt University) 연구원들이 개발한 이 기술은 수중 물체 검사, 모니터링 및 측량, 해양 엔지니어링, 심지어 고고학과 같은 응용 분야에 유용할 수 있습니다.

팀 리더인 Aurora Maccarone은 "우리가 아는 한, 이것은 양자 탐지 기술을 기반으로 한 완전 수중 이미징 시스템의 첫 번째 프로토타입입니다."라고 말했습니다. 팀은 이전에 혼탁하거나 매우 감쇠가 심한 수중 환경을 통과할 수 있는 단일 광자 감지 기술을 사용하여 이미징을 시연했지만, 최신 작업은 한 단계 더 나아가 시스템이 대형 테스트 탱크에 완전히 잠겨 있는 동안에도 실제로 작동할 수 있음을 입증했습니다. 연구진은 또한 3D 이미지를 재구성하는 데 사용되는 하드웨어와 소프트웨어를 개선하여 실시간으로 이미징을 수행할 수 있도록 했습니다.

센서의 작동 개념은 매우 간단하다고 Maccarone은 설명합니다. 먼저, 녹색 펄스 레이저 소스가 관심 있는 장면을 비춥니다. 장면의 물체는 이 펄스 조명을 반사하고 매우 민감한 단일 광자 감지기 배열이 반사된 빛을 포착합니다. "반사된 빛의 복귀 시간을 측정함으로써 대상까지의 거리를 정확하게 측정할 수 있으며 이를 통해 대상의 3D 프로필을 구축할 수 있습니다."라고 Maccarone은 말합니다. "일반적으로 타이밍 측정은 피코초 타이밍 분해능으로 수행됩니다. 이는 장면에서 대상의 밀리미터 단위 세부 사항을 확인할 수 있음을 의미합니다."

결정적으로, 이 기술을 통해 연구자들은 표적에 의해 반사된 광자와 물 속의 입자에 의해 반사된 광자를 구별할 수 있습니다. "이것은 광학 산란이 이미지 대비와 해상도를 손상시킬 수 있는 탁도가 높은 물에서 3D 이미징에 특히 적합합니다"라고 Maccarone은 덧붙입니다.

연구원들은 4mx 3mx 2m 크기의 물 탱크에서 시스템을 테스트했습니다. 다양한 양의 산란제를 물에 첨가함으로써 자연 수중 환경에 존재하는 다양한 광산란 수준을 모방할 수 있었습니다. 광학 어레이는 초당 수백 개의 감지 이벤트를 생성하기 때문에 연구원들은 고도로 광산란되는 조건에서 이미징을 위해 특별히 개발된 알고리즘을 사용하여 데이터를 분석했습니다.

수중 LIDAR의 적용 범위는 매우 광범위하다고 Maccarone은 말합니다. 한 가지 가능한 용도는 수중 케이블이나 터빈의 물속에 잠긴 부분을 검사하는 것입니다. 다른 옵션에는 보안 및 방위 부문의 고고학 유적지와 애플리케이션을 모니터링하고 조사하는 것이 포함됩니다.

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Maccarone은 현재 주요 과제는 시스템의 각 구성 요소를 축소하여 전체 크기를 수중 차량에 들어갈 수 있는 크기로 줄이는 것이라고 덧붙였습니다. "우리는 시스템 성능을 저하시키지 않고 이를 가능하게 하는 적절한 솔루션을 찾기 위해 업계와 협력하고 있습니다"라고 그녀는 말합니다.

연구원들은 Optics Express에 자신의 연구 결과를 보고합니다.