45 kilometr məsafədə obyektlərin üç ölçülü görüntüsünü verə bilən texnologiya yaradılır

_{Görünən işıqda 45 km məsafədə olan binanın kameraya çəkilmiş təsviri (solda), müxtəlif alqoritmlərdə işlənilmiş lidar əməliyyatının nəticələri ilə müqayisədə (sağda aşağıda - müəlliflər tərəfindən təklif edilən alqoritm)}

Fiziklər, 45 kilometr məsafədə obyektlərin üç ölçülü, ətraflı (bir neçə desimmetrə qədər) görüntüsünü verə bilən və eyni zamanda yüksək səs-küy və zəif (bir pikselə təxminən bir foton) siqnal şəraitində belə işləməyə imkan verən lidarın işini nümayiş etdiriblər. Müəlliflərin fikrincə, gələcəkdə bu texnologiya, bir neçə yüz kilometrə qədər məsafədən - daha da uzun məsafədən tək foton siqnaldan istifadə etməklə ətraflı görüntü əldə etməyə imkan verə bilər. 

Lidar (yerüstü lazer skanlaşdırılması) optik şüaların köməyilə uzaq cisimlər haqqında məlumat əldə etməyə imkan verən cihazdır. Belə bir cihazın əsas elementləri şüa saçan və qəbuledicidir. Şüa saçandan xaric olunan işıq maneə ilə qarşılaşaraq əks olunur və (yolda səpələnmə baş verdiyi üçün bir qədər təhrif olunmuş şəkildə) alıcıya qayıdır - şüanın meydana gəlməsi və qeydiyyatı arasındakı vahid zaman aralığında işığın əks olunduğu obyektə qədər olan məsafəni hesablamaq olar. Eyni zamanda şüaları müxtəlif istiqamətlərə göndərərək, qeyri-şəffaf cisimlərin üçölçülü təsvirini yaratmaq da mümkündür.

Kifayət qədər uzaq distansiyalarda (məsələn, bir neçə kilometr) lidarlar problemlərlə üzləşir: siqnal radiasiyası obyekt və cihazı ayıran geniş bir mühitdə iki dəfə (düz və qayıdan yollarda) səpilir, qəbuledici isə faydalı məlumat daşımayan əlavə işığı qeyd edir. Yaranan görüntünün bir pikselinə yalnız bir neçə əks olunan foton və bir neçə dəfə daha çox fon fotonu olduqda belə vəziyyət yaranır - belə şəraitdə siqnalı səs-küydən ayırmaq çətindir. Filtrləmə və məlumatların işlənməsi alqoritmlərinin olmasına baxmayaraq, kifayət qədər yüksək keyfiyyətli tək foton şəkilləri və uzun mənzilli hərəkətləri lidarlarda birləşdirmək hələ də çətindir.

Çjen Pinq Li və Sin Xuanqın rəhbərliyi ilə Çin Elm və Texnologiya Universitetinin alimləri uzun məsafəli lidar düzəldiblər və onlarla kilometrlik məsafələrdə tək foton qeydiyyatını sınaqdan keçiriblər Fiziklər yayıcısı olaraq infraqırmızı lazerdən (dalğa uzunluğu 1550 nanometr) istifadə etdilər - bu, cihazın görmə təhlükəsizliyini atmosferin aydın şəffaflığı ilə birləşdirməyə imkan verdi (havanın buraxdığı şüanın payı müəyyən bir dalğa uzunluğu üçün görünən aralığa görə eyni fraksiya ilə müqayisə edilə bilər) və eyni zamanda günəş işığının təsirinin azaldılmasına imkan verdi.

_{Lidarın daxili quruluşunun diaqramı, onun görüntüsü, cihazın və hədəf obyektin (binanın) nisbi vəziyyətinin sxemi.}

Müəlliflər lidarın qəbuledicisini fotonları dalğa uzunluğu ilə (1,3 nanometrlik bir spektral lentdən hissəcikləri detektora göndərməklə) filtirasiya edən və qütbləşdirən ( orijinal işıq şüası qütbləşdiyindən) optik cihazla təchiz etdi. Bu şəkildə quraşdırma fon hissəciklərini aradan qaldırdı və siqnal keyfiyyətini yaxşılaşdırdı. Filtirasiya edilmiş radiasiya fərdi fotonları aşkarlaya bilən bir detektor qeydə aldı.

Alimlər lidarla yığılan məlumatları iki mərhələdə emal etdilər. Birincisi, alqoritm gələcək görüntünün bütün pikselləri üzərində hadisələri (fotonların qeydiyyatı) yekunlaşdırdı və bu cəmin pik dəyəri yaşadığı vaxt intervalını təyin etdi - yəni faydalı siqnalın qeyd intervalını müəyyən etdi. Bundan sonra müəlliflər, ehtimal ki, göstərilən dövr üçün detektor məlumatlarını təsvir edəcək faydalı siqnalın parametrlərini (nəticədə görüntünün dərinliyindən və əks olunan radiasiyanın intensivliyindən asılı olaraq) seçdilər. Nəhayət, bu parametrlər əsasında müəlliflər üçölçülü bir şəkil qurdular, hansında ki, dərinlik siqnal fotonlarının qeyd olunma müddətinin ortalama (hər piksel üçün ayrıca) vaxtı ilə təyin olundu.

əticələrin keyfiyyətini qiymətləndirmək üçün fiziklər əvvəlki tədqiqatlardan əlavə üç əlavə məlumat emal alqoritmindən istifadə etdilər və kameranın köməyi ilə görülən diapazonda analoji təsvir əldə etdilər.

_{Binanın həqiqi görünüşünü, görünən işıqda görüntüsünün və lidar məlumatlarının işlənməsinin dörd nəticəsinin müqayisəsi (aşağı sağda - təklif olunan alqoritm). Binaya olan məsafə təxminən 21 kilometrdir. Əldə edilən ən yüksək siqnal-səs-küy nisbəti (desibellərdə) lidar şəkillərinin yanında göstərilir.}

Nəticədə, alimlər 45 kilometrə qədər məsafədə son icazə ilə maksimum 0.6 metr uzunluğunda bir pikselə təxminən 2,59 fotonu və siqnal üzərində otuz qat yayılmış bir görüntü əldə edə bildilər. Bundan əlavə, təklif olunan alqoritm işlənmiş görüntüdə səs-səs-küy nisbətinin digər yanaşmalarla müqayisədə 8–14 desibel yüksək olmasına imkan yaratdı.

Müəlliflər hesab edirlər ki, avadanlıqların və məlumatların emalı metodunun bu cür xüsusiyyətləri gələcəkdə lidarların texniki imkanlarını əhəmiyyətli dərəcədə inkişaf etdirməyə və uzun məsafələrdə (yüzlərlə kilometrə qədər) və aşağı işıq şəraitində işləmələrini təmin edəcəkdir.

Mənbə: nplus1.ru