Logo depois que os lasers foram desenvolvidos pela primeira vez na década de 1960, LiDAR - cujo nome originou-se como uma combinação de "luz" e "radar" - capitalizou na precisão recentemente única que ofereciam para medir o tempo e a distância. LiDAR rapidamente se tornou o método padrão para levantamentos de terra (3-D) e agora é usado em uma infinidade de aplicações de detecção, como carros autônomos.

Ao escanear áreas de terra com lasers, frequentemente de aviões, As medições do tempo de viagem do LiDAR para a luz refletida de volta da área digitalizada fornecem as distâncias que compõem uma topografia de alta resolução resultante.

Conforme a tecnologia laser e eletrônica evoluiu, As habilidades do LiDAR se adaptaram para superar várias limitações e obscurecer os efeitos inevitavelmente produzidos por ambientes reais, como padrões climáticos dinâmicos. Com um sistema de laser especialmente projetado e uma nova metodologia baseada em holografia digital controlada, pesquisa do Laboratório de Pesquisa Naval, em Washington, D.C., agora fornece um método para dar ao LiDAR uma capacidade aprimorada de ver através de elementos de terreno que de outra forma seriam obscuros, como folhagem ou rede. Paul Lebow, do Laboratório de Pesquisa Naval, apresentará este trabalho no Congresso de Óptica Aplicada e de Imagem da The Optical Society, realizada de 26 a 29 de junho, 2017 em San Francisco, Califórnia.

"Esta foi uma tentativa de resolver um dos problemas com algo chamado LiDAR de penetração na folhagem, "Lebow disse." Você pode realmente usá-lo para detectar imagens tridimensionais atrás de um obscurecimento, como a copa de uma árvore, por exemplo, em uma situação de ajuda humanitária em que você deseja encontrar pessoas com problemas. Você pode iluminar usando LiDAR através das folhas e obter luz suficiente para poder recriar uma imagem tridimensional, vista topográfica do que está acontecendo abaixo. "

Até agora, Medidas LiDAR de superfícies escondidas atrás da folhagem têm sido difíceis de adquirir. A maioria da luz original nesses casos é jogada fora, no que diz respeito à câmera que detecta a luz do solo, já que a luz que atinge as folhas nunca atinge o solo em primeiro lugar. Além disso, a luz bloqueada, e, portanto, refletido, antes de chegar ao solo, muitas vezes supera o sinal que atinge a câmera e oculta o sinal mais fraco que chega ao solo e volta.

"Já faz algum tempo que trabalhamos com um processo chamado conjugação de fase óptica e percebemos que talvez possamos usar esse processo para projetar essencialmente um feixe de laser através das aberturas das folhas e sermos capazes de ver através de um obscurecimento, "Lebow disse." Era algo que talvez até os últimos cinco anos não era viável apenas porque a tecnologia não estava realmente lá. O que havíamos feito há cerca de 20 anos envolvia o uso de um material óptico não linear e era um processo difícil. Agora tudo pode ser feito usando holografia digital e hologramas gerados por computador, que é o que fazemos. "

Este novo sistema usa um laser especialmente projetado que sozinho levou um ano e meio para ser desenvolvido, mas era um componente necessário de acordo com Lebow e seu colega, Abbie Watnik, que também está no Laboratório de Pesquisa Naval e outro dos autores da obra.

"A verdadeira chave para fazer nosso sistema funcionar é a interferência entre dois feixes de laser no sensor. Enviamos um feixe de laser para o alvo e ele retorna, e ao mesmo tempo que o retorno [feixe] atinge o detector, interferimos localmente com outro feixe de laser, "Watnik disse." Precisamos de coerência completa entre esses feixes de modo que interfiram um com o outro, portanto, tínhamos que ter um sistema de laser especialmente projetado para garantir que obteríamos essa coerência quando eles interferissem na câmera. "

Usando um laser pulsado com larguras de pulso de vários nanossegundos, e medições com portas com resolução de tempo semelhante, o sistema holográfico bloqueia seletivamente a luz mais cedo a chegar refletindo nos obscurecimentos. A câmera então mede apenas a luz que volta da superfície parcialmente oculta abaixo.

"Fizemos isso anteriormente usando um laser CW (onda contínua) como demonstração, mas agora estamos usando um laser pulsado e um sensor fechado muito rápido que pode ligar no momento apropriado para basicamente apenas nos permitir responder à luz que vem de onde queremos que venha, do alvo, "Lebow disse." O laser é projetado de forma que a diferença de tempo entre o pulso de referência local e o pulso de sinal que volta do alvo seja completamente ajustável para acomodar distâncias de alguns pés a vários quilômetros. "

"Que significa, "Watnik disse, "podemos usar este sistema a laser tanto em nosso laboratório quanto em nossa configuração de mesa, bem como fora do campo, usando o mesmo laser operando nessa faixa. "

Esta preliminar, O sistema baseado em laboratório forneceu evidências substanciais de seu poder e valor potencial no mundo real. Usando um cartão perfurado para se passar por folhagem (segura para laboratório), não só o grupo foi capaz de imaginar o que o cartão furado teria de outra forma escondido, mas sua modelagem também foi capaz de recriar a topologia da suposta "folhagem".

"Pudemos verificar o que nosso modelo de computador diz usando nossos dados reais - combinando com o que realmente vemos usando o modulador de luz espacial, então acho que foi uma verificação interessante de nossos resultados, "Watnik disse.

Watnik e Lebow, junto com sua equipe de pesquisa, espero continuar com o projeto e fazer as adaptações ao seu protótipo necessárias para tornar o sistema LiDAR de penetração na folhagem pronto para o campo.

"Esse seria o nosso próximo plano, se conseguirmos financiamento para isso, "Lebow disse." Houve vários outros projetos subsequentes, não especificamente para LiDAR, como a direção do feixe e outros trabalhos holográficos digitais que estamos fazendo para geração de imagens através de neblina e água turva com base em propriedades e princípios muito semelhantes. "