Poco después de que se desarrollaran por primera vez los láseres en la década de 1960, LiDAR, cuyo nombre se originó como una combinación de "luz" y "radar", capitalizó la nueva precisión única que ofrecían para medir tanto el tiempo como la distancia. LiDAR se convirtió rápidamente en el método estándar para levantamientos terrestres (3-D) y ahora se utiliza en una multitud de aplicaciones de detección, como los coches autónomos.

Al escanear áreas de tierra con láseres, a menudo desde aviones, Las mediciones del tiempo de viaje de LiDAR para la luz reflejada desde el área escaneada proporcionan las distancias que conforman una topografía de alta resolución resultante.

A medida que evolucionó la tecnología láser y electrónica, Las habilidades de LiDAR se adaptaron para superar varias limitaciones y efectos de oscurecimiento inevitablemente producidos por entornos reales, como patrones climáticos dinámicos. Con un sistema láser especialmente diseñado y una nueva metodología basada en holografía digital cerrada, investigación del Laboratorio de Investigaciones Navales, en Washington, CORRIENTE CONTINUA., ahora proporciona un método para darle a LiDAR una capacidad mejorada para ver a través de elementos del terreno que de otro modo oscurecerían, como el follaje o las redes. Paul Lebow, del Laboratorio de Investigaciones Navales, presentará este trabajo en el Congreso de Óptica Aplicada e Imágenes de la Sociedad Óptica, celebrado del 26 al 29 de junio, 2017 en San Francisco, California.

"Este fue un intento de abordar uno de los problemas con algo llamado LiDAR que penetra en el follaje, "Dijo Lebow." De hecho, puedes usarlo para detectar imágenes tridimensionales detrás de un oscurecimiento como el dosel de un árbol, por ejemplo, en una situación de socorro en caso de desastre en la que deseaba encontrar personas en problemas. Puede iluminar con LiDAR a través de las hojas y obtener suficiente luz que regrese para poder recrear un tridimensional, vista topográfica de lo que sucede debajo ".

Hasta ahora, Las mediciones LiDAR de superficies ocultas detrás del follaje han sido difíciles de adquirir. La mayor parte de la luz original en estos casos se desecha, en lo que respecta a la cámara que detecta la luz del suelo, ya que la luz que golpea las hojas nunca llega al suelo en primer lugar. Es más, la luz bloqueada, y por lo tanto reflejado, antes de llegar al suelo, a menudo supera la señal que llega a la cámara y oculta la señal más débil que llega al suelo y viceversa.

"Hemos estado trabajando con un proceso llamado conjugación de fase óptica durante bastante tiempo y nos dimos cuenta de que podríamos usar ese proceso para proyectar esencialmente un rayo láser a través de las aberturas de las hojas y poder ver a través de un oscurecimiento ", Dijo Lebow." Era algo que tal vez hasta los últimos cinco años no era viable simplemente porque la tecnología no estaba realmente allí. Lo que habíamos hecho hace unos 20 años implicaba el uso de un material óptico no lineal y fue un proceso difícil. Ahora todo se puede hacer usando holografía digital y hologramas generados por computadora, que es lo que hacemos ".

Este nuevo sistema utiliza un láser especialmente diseñado que por sí solo tardó un año y medio en desarrollarse, pero era un componente necesario según Lebow y su colega, Abbie Watnik, quien también se encuentra en el Laboratorio de Investigaciones Navales y otro de los autores de la obra.

"La verdadera clave para que nuestro sistema funcione es la interferencia entre dos rayos láser en el sensor. Enviamos un rayo láser al objetivo y luego regresa, y en el mismo momento exacto en que el [haz] de retorno golpea el detector, lo interferimos localmente con otro rayo láser, ", Dijo Watnik." Necesitamos una coherencia completa entre esos haces de manera que interfieran entre sí, así que teníamos que tener un sistema láser especialmente diseñado para asegurarnos de que obtendríamos esa coherencia cuando interfieran en la cámara ".

Usando un láser pulsado con anchos de pulso de varios nanosegundos, y medidas cerradas con resolución de tiempo similar, el sistema holográfico bloquea selectivamente la luz que llega más temprano que se refleja en los oscurecimientos. Entonces, la cámara solo mide la luz que proviene de la superficie parcialmente oculta debajo.

"Hemos hecho esto anteriormente usando un láser CW (onda continua) como demostración, pero ahora estamos usando un láser pulsado y un sensor con compuerta muy rápido que puede encenderse en el momento apropiado para básicamente solo permitirnos responder a la luz que viene de donde queremos que venga, desde el objetivo, "Dijo Lebow." El láser está diseñado para que la diferencia de tiempo entre el pulso de referencia local y el pulso de señal que regresa del objetivo sea completamente ajustable para adaptarse a distancias desde unos pocos pies hasta varios kilómetros ".

"Lo que significa, "Watnik dijo, "Podemos utilizar este sistema láser tanto en nuestro laboratorio como en nuestra configuración de mesa, así como afuera en el campo, utilizando el mismo láser que opera en ese rango ".

Este preliminar, El sistema basado en laboratorio ha proporcionado evidencia sustancial de su poder y valor potencial en el mundo real. Usando una tarjeta de índice perforada para hacerse pasar por follaje (seguro para el laboratorio), El grupo no solo pudo imaginarse lo que la tarjeta de índice perforada habría ocultado de otra manera, pero su modelado también fue capaz de recrear la topología del posible "follaje".

"Pudimos verificar lo que dice nuestro modelo de computadora usando nuestros datos reales, comparándolo con lo que realmente vemos usando el modulador espacial de luz, así que creo que fue una verificación interesante de nuestros resultados, "Dijo Watnik.

Watnik y Lebow, junto con su equipo de investigación, Esperamos continuar con el proyecto y hacer las adaptaciones necesarias a su prototipo para que el sistema LiDAR de penetración de follaje esté listo para el campo.

"Ese sería nuestro próximo plan, si tenemos fondos para ello, ", Dijo Lebow." Ha habido varios otros proyectos de seguimiento, no específicamente para LiDAR, como la dirección del haz y otros trabajos holográficos digitales que estamos haciendo para obtener imágenes a través de la niebla y el agua turbia basados ​​en propiedades y principios muy similares ".