Получить изображения без прямой видимости можно за счет более длинных волн

Новые технологии визуализации без прямой видимости позволяют обнаруживать объекты, даже если они находятся за углом или за стеной.

В новой работе исследователи используют новый тип детектора, чтобы распространить этот метод с видимого света на ближний и средний инфракрасный диапазон волн, что может быть особенно полезно для беспилотных автомобилей, роботизированного зрения, эндоскопии и других приложений.

Инфракрасная визуализация в условиях отсутствия прямой видимости может повысить безопасность и эффективность беспилотных автомобилей, помогая им обнаруживать препятствия, которые не видны непосредственно, — говорит Сяолун Ху из Тяньцзиньского университета (Китай). Его команда сотрудничала с группой под руководством Цзинью Яна (Jingyu Yang), также из Тяньцзиньского университета.

Использование волн ближнего инфракрасного диапазона также может помочь уменьшить проблемы безопасности глаз и снизить фоновый шум, что потенциально может позволить получать изображения на больших расстояниях в дневное время.

В журнале Optics Express издательской группы Optica исследователи описывают первую демонстрацию визуализации без прямой видимости с использованием передового светочувствительного компонента, известного как сверхпроводящий нанопроволочный однофотонный детектор. Этот детектор обладает однофотонной чувствительностью от рентгеновского излучения до средних ИК-волн, что позволило исследователям расширить спектральный диапазон метода визуализации до ближнего и среднего ИК-диапазонов волн 1560 и 1997 нм. Исследователи также разработали новый алгоритм для дальнейшего улучшения изображений, получаемых системой.

Эта демонстрация доказательной базы открывает двери для новых исследований и потенциальных приложений, — говорит Ху.

Переход к формированию изображений без прямой видимости в диапазоне средних инфракрасных длин волн дает преимущества для многих приложений. Помимо улучшения навигации для роботов и транспортных средств, это также может повысить соотношение сигнал/шум для биологической визуализации.

Создание чувствительного глаза

Технологии формирования изображений вне зоны прямой видимости используют фотодетекторы для обнаружения множества лучей отраженного света, испускаемых или отражаемых от объектов вне зоны прямой видимости. В отличие от традиционных технологий формирования изображений в зоне прямой видимости, таких как LiDAR и фотосъемка, свет, обнаруживаемый при формировании изображений вне зоны прямой видимости, очень слабый. Это требует очень высокой чувствительности детекторов.

Мы разработали и изготовили сверхпроводящий нанопроволочный однофотонный детектор, который действует как очень чувствительный глаз, позволяющий увидеть объект, спрятанный за углом, — заявляет Ху.

Этот детектор превосходит другие однофотонные детекторы по эффективности обнаружения в ближнем и среднем инфракрасном спектральных диапазонах, что позволило проводить визуализацию без прямой видимости на более длинных волнах.

Сверхпроводящие нанопроволочные однофотонные детекторы основаны на том, что один фотон нарушает сверхпроводимость. Это приводит к измеримому изменению электрического сопротивления, что позволяет обнаруживать отдельные фотоны с высокой эффективностью. В новой работе исследователи создали однофотонный детектор с нанопроводами шириной 40 нм, расположенными в виде фрактального узора. Этот узор, имеющий схожую форму при различных увеличениях, позволяет эффективно обнаруживать фотоны во всех поляризациях. Детектор был охлажден до ~2 К (чуть выше абсолютного нуля), что необходимо для достижения сверхпроводимости.

Изображение в инфракрасном диапазоне

Продемонстрировав, что сверхпроводящий нанопроволочный однофотонный детектор обладает лучшим временным разрешением и меньшим уровнем шума, чем однофотонный лавинный диод InGaAs/InP, исследователи использовали новый детектор для получения изображений в диапазоне 1560 и 1997 нм без прямой видимости. Они смогли достичь пространственного разрешения менее 2 см для обеих длин волн. Они также показали, что изображения, восстановленные с помощью нового алгоритма, имеют значительно меньшую среднеквадратичную ошибку — показатель отклонения от идеального изображения — по сравнению с изображениями, восстановленными с помощью других методов.

Сейчас исследователи работают над расширением своей работы, исследуя другие длины волн, представляющие интерес, и изучая, как расположение нескольких сверхпроводящих нанопроволочных однофотонных детекторов в массивы может обеспечить дополнительные возможности. Они также хотят провести эксперименты по использованию своей новой системы для получения изображений без прямой видимости на больших расстояниях в дневное время.

30.11.2023


Подписаться в Telegram



Хайтек

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили спле...

Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического униве...

Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света

В основе глобальной интернет-связи лежит оптич...

Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения

Мемристорные устройства представляют собой кат...

Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников

Замещающее легирование чужеродными элементами ...

Angewandte Chemie: Ученые объяснили, почему металлы превращаются в стекло
Angewandte Chemie: Ученые объяснили, почему металлы превращаются в стекло

Если проникнуть глубоко-глубоко под повер...

Создан катализатор для преобразования нитратного загрязнения в аммиак
Создан катализатор для преобразования нитратного загрязнения в аммиак

Загрязнения, извергаемые бурно развивающейся м...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Новая реалистичная компьютерная модель поможет роботам собирать лунную пыль
Новая реалистичная компьютерная модель поможет роботам собирать лунную пыль
С помощью GPT-4 создали видеоуроки по педиатрии для слабо обеспеченных больниц
С помощью GPT-4 создали видеоуроки по педиатрии для слабо обеспеченных больниц
Nicotine & Tobacco Research: Запрет сигарет с ментолом помогает бросить курить
Nicotine & Tobacco Research: Запрет сигарет с ментолом помогает бросить курить
Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни
Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни
Nature Comm: Младенцев с синдромом Дауна в древности почитали как особенных
Nature Comm: Младенцев с синдромом Дауна в древности почитали как особенных
Новое исследование роли дофамина поможет лечить болезнь Паркинсона
Новое исследование роли дофамина поможет лечить болезнь Паркинсона
Мальротацию кишечника новорожденных помогут распутать лягушачьи икринки
Мальротацию кишечника новорожденных помогут распутать лягушачьи икринки
Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 млн лет эволюции
Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 млн лет эволюции
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Гигантские антарктические морские пауки удивили всех отношением к потомству
Гигантские антарктические морские пауки удивили всех отношением к потомству
Освоение космоса: остановить нельзя развивать
Освоение космоса: остановить нельзя развивать
Ученые намерены глубже понять жизнь на Земле благодаря имиджеомике
Ученые намерены глубже понять жизнь на Земле благодаря имиджеомике
Как выглядит работающий рекламный баннер
Как выглядит работающий рекламный баннер
В США растет число госпитализаций из-за гепатита и алкоголя
В США растет число госпитализаций из-за гепатита и алкоголя
Ученые рекомендуют включать настольные игры с цифрами в образовательный процесс для детей младшего возраста
Ученые рекомендуют включать настольные игры с цифрами в образовательный процесс для детей младшего возра...

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса