3D-beeldvorming over lange afstanden heeft een kilometerpaal bereikt

Onderzoekers hebben een door een laser aangedreven camerasysteem ontwikkeld dat 3D-beelden met hoge resolutie van objecten opneemt tot op een kilometer afstand.

Het proces wordt Time-of-Flight (ToF) dieptebeeldvorming genoemd, gebaseerd op de tijd die het licht dat door een laser wordt uitgezonden nodig heeft om terug te reizen naar de bron, nadat het van het gefotografeerde object is teruggekaatst.

Onderzoekers hebben de camera op zichzelf getest, vanaf een afstand van 910 meter. De lange golflengte van de laser maakt het veilig voor de ogen.

Tot nu toe was het bereik van 3D-beeldvorming over lange afstanden zeer beperkt

De technologie die hier wordt toegepast is vergelijkbaar met radar, maar maakt gebruik van licht in plaats van microgolven. Om objecten of scènes in 3D in kaart te brengen, projecteren wetenschappers een laserstraal en meten ze hoe lang het duurt voordat het licht terugkeert.

ToF-dieptebeeldvorming is er al toegepast in machine vision en navigatiesystemen voor autonome voertuigen.

Tot nu toe was het bereik echter relatief klein. ToF-apparaten hadden ook problemen met veel oppervlakken die infraroodlicht niet goed reflecteren.

Wetenschappers uit Edinburg, Schotland hebben onlangs deze tekortkomingen aangepakt en hun resultaten gerapporteerd in het internationale tijdschrift van de Optical Society, Optics Express.

Millimeterschaalprecisie over lange afstanden

Onder leiding van Gerald Buller, een professor aan de Heriot-Watt University in Edinburgh, is een team van onderzoekers erin geslaagd om gedetailleerde 3D-beelden met hoge resolutie van objecten tot op een kilometer afstand vast te leggen.

Hun camerasysteem veegt snel laserstralen met laag vermogen, over lange afstanden. Het vangt vervolgens het terugkerende licht op en zet de heen-en teruglooptijd van elk afzonderlijk foton pixel voor pixel in een matrix.

In tegenstelling tot eerdere dieptebeeldmachines, gebruikt deze laser lasergolflengten van ongeveer 1560 nanometer, die maken het opnemen van een groter bereik aan texturen mogelijk, zoals kledingstukken.

Deze langere golflengten, van meer dan 1550 nanometer, hebben een betere verzwakking van de atmosfeer, wat betekent dat ze sneller reizen en dat hun signaal gemakkelijker te detecteren is en zich onderscheidt van het ruisniveau van de zon. Beide factoren dragen bij aan het vergrote bereik van maximaal één kilometer.

Een ander positief aspect van deze golflengte is dat het veilig voor de ogen, indien gebruikt op laag vermogen.

Hoewel de camera kleding kan onderscheiden, kan de camera nog geen menselijke gezichten verwerken, omdat de huid licht gemakkelijk absorbeert. De reflecterende eigenschappen van de huid verbeteren echter bij transpiratie.

Naast eventuele gezichtsherkenning, kan het camerasysteem worden gebruikt voor navigatie in moeilijke zichtomstandigheden, of, zoals Gerald Buller suggereert, het scannen van de gezondheid van vegetatie vanuit vliegtuigen, het beoordelen van mogelijke gevaren, door geologische veranderingen te meten, of door het in kaart brengen van oceanen te verbeteren.