Immagini Tridimensionali con LiDAR a Singolo Fotone
Immaginate di poter acquisire immagini tridimensionali ad alta risoluzione di oggetti lontani, come volti umani, anche in presenza di ostacoli come nebbia o vegetazione. Questa innovativa tecnologia è possibile grazie a un sistema LiDAR a singolo fotone, capace di operare fino a un chilometro di distanza. Utilizzando un rivelatore avanzato, due volte più efficiente rispetto ai modelli precedenti, e una risoluzione temporale dieci volte superiore, i ricercatori hanno raggiunto un livello di precisione straordinario nell’imaging a lungo raggio.
Imaging LiDAR di Alta Precisione
Un team di esperti ha sviluppato un sistema LiDAR a tempo di volo a singolo fotone, in grado di generare immagini tridimensionali ad alta risoluzione fino a un chilometro di distanza. Questa tecnologia rappresenta un significativo progresso nel campo della sicurezza e del monitoraggio, poiché fornisce immagini dettagliate anche in condizioni ambientali avverse. Aongus McCarthy, ricercatore dell’Università di Heriot-Watt, ha dichiarato che:
- Il rivelatore a singolo fotone è due volte più efficiente rispetto ai sistemi simili.
- La risoluzione temporale è almeno dieci volte migliore.
Questi miglioramenti consentono di raccogliere un numero maggiore di fotoni riflessi, aumentando la risoluzione spaziale.
Riconoscere Volti a Centinaia di Metri
Un articolo pubblicato sulla rivista Optica ha dimostrato che questo sistema può generare immagini tridimensionali di volti umani chiaramente riconoscibili da una distanza di 325 metri. Il team di ricerca, composto da esperti di diverse istituzioni, ha evidenziato le potenzialità di questa tecnologia, affermando che:
- Il sistema potrebbe rivoluzionare i sistemi di sicurezza e monitoraggio.
- Permette di acquisire immagini dettagliate anche attraverso fumi o nebbia.
Inoltre, la tecnologia potrebbe facilitare l’identificazione remota di oggetti e il monitoraggio del movimento di strutture.
Tecnica di Misurazione della Distanza
Il sistema di imaging a profondità a tempo di volo a singolo fotone misura il tempo impiegato da un impulso laser per viaggiare fino a un oggetto e tornare indietro. Queste misurazioni vengono ripetute per diversi punti, ricostruendo informazioni tridimensionali. Il rivelatore utilizzato, noto come rivelatore a singolo fotone a nanofilo superconduttore (SNSPD), è in grado di rilevare un singolo fotone di luce, consentendo l’uso di laser a bassa potenza. Per minimizzare il rumore, il rivelatore è stato raffreddato a temperature prossime a 1 Kelvin.
Innovazioni nella Precisione e nelle Prestazioni
I ricercatori hanno integrato l’SNSPD con un trasmettitore a scansione a singolo pixel, progettato per operare a una lunghezza d’onda di 1550 nm. Sono state implementate tecnologie di temporizzazione avanzate, capaci di misurare intervalli di tempo con una precisione straordinaria. In un intervallo di 1.000 picosecondi, la luce percorre circa 300 millimetri, permettendo di distinguere superfici separate da circa 1 mm a 325 metri di distanza. McCarthy ha aggiunto che:
- Questi fattori offrono maggiore flessibilità nel bilanciare distanza di sicurezza e potenza del laser.
- Si apre la possibilità di sviluppare un sistema LiDAR nel medio infrarosso.
Test sul Campo e Applicazioni Future
I test sul campo del sistema LiDAR sono stati condotti nel campus dell’Università di Heriot-Watt, con misurazioni su oggetti a distanze di 45 metri, 325 metri e 1 chilometro. I risultati hanno mostrato che il sistema è in grado di risolvere dettagli di dimensioni fino a 1 mm in pieno giorno. Inoltre, è stata catturata un’immagine tridimensionale di un volto umano a queste distanze, utilizzando un tempo di acquisizione di 1 millisecondo per pixel.
Vedere Oltre gli Ostacoli
La straordinaria risoluzione di profondità del sistema lo rende particolarmente adatto per l’imaging di oggetti nascosti dietro ostacoli. McCarthy ha osservato che:
- Il sistema può distinguere oggetti situati a pochi centimetri dietro una rete di camuffamento.
- I test sul campo sono stati limitati a una distanza di 1 chilometro, ma si prevede di estenderli fino a 10 chilometri.
Le future ricerche si concentreranno sull’implementazione di metodi computazionali avanzati per accelerare l’analisi dei dati.
Riferimento
L’articolo di riferimento per queste scoperte è “Imaging LiDAR a profondità ad alta risoluzione e lunga distanza con rivelatori a singolo fotone a nanofilo superconduttore a jitter temporale ultra-basso” di A. McCarthy et al., pubblicato il 6 febbraio 2025 su Optica. DOI: 10.1364/OPTICA.544877.
