Pesquisadores mostraram que uma técnica de inspiração quântica pode ser usada para realizar imagens LiDAR com uma resolução de profundidade muito maior do que é possível com abordagens convencionais. O LiDAR, que usa pulsos de laser para adquirir informações 3D sobre uma cena ou objeto, geralmente é mais adequado para imagens de objetos grandes, como recursos topográficos ou estruturas construídas, devido à sua resolução de profundidade limitada.
"Embora o LiDAR possa ser usado para visualizar a forma geral de uma pessoa, ele normalmente não captura detalhes mais sutis, como características faciais", disse Ashley Lyons, líder da equipe de pesquisa, da Universidade de Glasgow, no Reino Unido. “Ao adicionar resolução de profundidade extra, nossa abordagem pode capturar detalhes suficientes para não apenas ver características faciais, mas até as impressões digitais de alguém”.

Em Optics Express , Lyons e o primeiro autor Robbie Murray descrevem a nova técnica, que eles chamam de LiDAR de interferência de dois fótons de imagem. Eles mostram que ele pode distinguir superfícies reflexivas com menos de 2 milímetros de distância e criar imagens 3D de alta resolução com resolução em escala micro.

"Este trabalho pode levar a imagens 3D de resolução muito mais alta do que é possível agora, o que pode ser útil para aplicativos de reconhecimento facial e rastreamento que envolvem pequenos recursos", disse Lyons. “Para uso prático, o LiDAR convencional pode ser usado para ter uma ideia aproximada de onde um objeto pode estar e, em seguida, o objeto pode ser cuidadosamente medido com nosso método”.

Usando luz emaranhada classicamente

A nova técnica usa interferometria "inspirada no quantum", que extrai informações da maneira como dois feixes de luz interferem um no outro. Pares de fótons emaranhados – ou luz quântica – são frequentemente usados ​​para esse tipo de interferometria, mas abordagens baseadas em emaranhamento de fótons tendem a ter um desempenho ruim em situações com altos níveis de perda de luz, o que quase sempre é o caso do LiDAR. Para superar esse problema, os pesquisadores aplicaram o que aprenderam com a detecção quântica à luz clássica (não quântica).

"Com fótons emaranhados quânticos, apenas alguns pares de fótons por unidade de tempo podem ser gerados antes que a configuração se torne muito exigente tecnicamente", disse Lyons. "Esses problemas não existem com a luz clássica, e é possível contornar as altas perdas aumentando a potência do laser."

Quando dois fótons idênticos se encontram em um divisor de feixes ao mesmo tempo, eles sempre ficarão juntos, ou se entrelaçarão, e sairão na mesma direção. A luz clássica mostra o mesmo comportamento, mas em menor grau – na maioria das vezes, os fótons clássicos seguem na mesma direção. Os pesquisadores usaram essa propriedade da luz clássica para cronometrar com muita precisão a chegada de um fóton, observando quando dois fótons chegam simultaneamente aos detectores.

Aprimorando a resolução de profundidade

"As informações de tempo nos dão a capacidade de realizar a variação de profundidade enviando um desses fótons para a cena 3D e, em seguida, cronometrando quanto tempo leva para esse fóton voltar", disse Lyons. "Assim, o LiDAR de interferência de dois fótons funciona como o LiDAR convencional, mas nos permite cronometrar com mais precisão quanto tempo leva para esse fóton atingir o detector, o que se traduz diretamente em maior resolução de profundidade".

Os pesquisadores demonstraram a alta resolução de profundidade do LiDAR de interferência de dois fótons usando-o para detectar as duas superfícies reflexivas de um pedaço de vidro com cerca de 2 milímetros de espessura. O LiDAR tradicional não seria capaz de distinguir essas duas superfícies, mas os pesquisadores conseguiram medir claramente as duas superfícies. Eles também usaram o novo método para criar um mapa 3D detalhado de uma moeda de 20 pence com resolução de profundidade de 7 mícrons. Isso mostra que o método pode capturar o nível de detalhe necessário para diferenciar as principais características faciais ou outras diferenças entre as pessoas.

Interferência de dois fótons O LiDAR também funciona muito bem no nível de fóton único, o que pode aprimorar abordagens de imagem mais complexas usadas para imagens fora da linha de visão ou imagens por meio de meios de alta dispersão.

Atualmente, a aquisição das imagens leva muito tempo porque requer a digitalização em todas as três dimensões espaciais. Os pesquisadores estão trabalhando para tornar esse processo mais rápido, reduzindo a quantidade de digitalização necessária para adquirir informações 3D. + Explorar mais

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