MIT ve NASA’dan bilim insanları yüksek çözünürlüklü ve üç boyutlu görüntü elde edebilen tek fotonlu bir LiDAR sistemi geliştirdi.
Bilim insanları, tek fotonlu zaman uçuşu (time-of-flight) prensibiyle çalışan yeni bir LiDAR sistemi geliştirdi. Bu sistem, 1 kilometreye kadar olan mesafelerde yüksek çözünürlüklü üç boyutlu görüntüler elde edebiliyor. Bu yenilikçi teknoloji, güvenlik, izleme ve uzaktan algılama alanlarında önemli gelişmeler sağlayabilir. Özellikle zorlu hava koşullarında veya nesneler bitki örtüsü ya da kamuflaj ağlarıyla gizlenmişken bile detaylı görüntüleme yapabiliyor.
LiDAR (Light Detection and Ranging), ışık darbeleri kullanarak mesafe ölçümü yapan bir teknoloji olarak biliniyor. Bu sistem, bir lazer ışını gönderir ve hedefe çarptıktan sonra geri dönen ışığın süresini ölçerek mesafeyi hesaplıyor. Tek fotonlu zaman uçuşu (single-photon time-of-flight) yöntemi ise, çok düşük güçlü lazerler kullanarak tek bir fotonu bile algılayabilecek hassas dedektörlerle çalışıyor. Bu sayede daha düşük enerji tüketimiyle uzun mesafelerde yüksek çözünürlüklü görüntü elde ediliyor.
Bu yeni LiDAR sistemi, önceki sistemlere kıyasla çok daha hassas dedektörler içeriyor. Heriot-Watt Üniversitesi’nden araştırmacı Aongus McCarthy, geliştirdikleri dedektörlerin benzer sistemlerde kullanılan dedektörlere göre yaklaşık iki kat daha verimli olduğunu belirtiyor. Ayrıca, zaman ölçüm hassasiyetinin en az 10 kat daha iyi olduğunu vurguluyor. Bu gelişmeler, daha fazla ışık fotonu toplayarak daha net ve detaylı üç boyutlu görüntüler oluşturulmasını sağlıyor.
Araştırmacılar, geliştirdikleri sistemi test etmek için Heriot-Watt Üniversitesi kampüsünde farklı mesafelerde deneyler yaptı. 45 metre, 325 metre ve 1 kilometre uzaklıktaki nesneler üzerinde gerçekleştirilen testlerde, sistemin 1 milimetre hassasiyetle derinlik ölçümü yapabildiği gözlemlendi. Özellikle 325 metre mesafeden bir insan yüzünün net şekilde üç boyutlu görüntüsünü oluşturabilmesi, sistemin yüksek çözünürlüklü çalıştığını gösterdi.
Sistem, NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL), Massachusetts Institute of Technology (MIT), University of Glasgow ve Heriot-Watt Üniversitesi’nden bilim insanlarının ortak çalışmasıyla geliştirildi. Kullanılan ultra hassas dedektörler, MIT ve JPL ekipleri tarafından üretildi. Sistemin gürültü seviyesini minimuma indirmek için, dedektörler Glasgow Üniversitesi ekibi tarafından tasarlanan bir kriyo-soğutucu ile mutlak sıfıra yakın bir sıcaklık olan 1 Kelvin’in altına kadar soğutuldu.
Nasıl çalışıyor?
Sistem, süperiletken nanotel tek foton dedektörü (SNSPD) kullanarak lazer ışınlarını algılıyor. Kullanılan lazer, 1550 nanometre dalga boyuna sahip olup, insan gözü için güvenli bir güç seviyesinde çalışıyor. Işık darbelerinin hedefe gidip geri dönme süresi pikosaniye (trilyonda bir saniye) hassasiyetinde ölçülerek mesafe hesaplanıyor. Örneğin, ışık sadece 1000 pikosaniyede yaklaşık 30 santimetre yol alıyor. Bu yüksek hassasiyet, 1 milimetrelik yüzey farklılıklarını bile tespit edebilmeyi sağlıyor.
Bu yeni LiDAR sistemi, çeşitli alanlarda önemli katkılar sağlayabilir:
Güvenlik ve İzleme: Duman, sis ya da kalabalık sahneler gibi zorlu koşullarda detaylı derinlik görüntüleri elde edilebilir.
Askeri ve Savunma Teknolojileri: Kamuflaj arkasındaki nesneleri belirleyerek güvenlik sistemlerine katkı sağlayabilir.
Haritalama ve Jeoloji: Uzak mesafelerdeki yapıların veya doğal oluşumların hareketlerini izlemek için kullanılabilir.
Otonom Araçlar: Daha güvenli bir navigasyon için çevresel algılamayı güçlendirebilir.
Araştırmacılar, bu sistemi 10 kilometreye kadar test etmeyi ve sis, duman gibi atmosferik engellerin içinden görüntü almayı hedefliyor. Ayrıca, gelişmiş hesaplama yöntemleriyle veri analiz süresini hızlandırmayı planlıyorlar.
Bu gelişme, LiDAR teknolojisinin geleceğini şekillendirebilecek büyük bir adım olarak görülüyor. Özellikle uzun mesafelerde yüksek çözünürlükle çalışabilmesi, farklı sektörlerde yeni kullanım alanlarının önünü açabilir.
Kaynak: Optica
