Фотосъемка на Земле на расстоянии — непростая задачка. Изловить довольно света от объекта на большенном расстоянии нелегко. И даже тогда атмосфера будет заносить преломления, способные попортить снимок; загрязнение весьма мешает, в особенности в городках. Потому хоть какой снимок с расстояния в несколько км либо около того (при условии, что камера закреплена довольно высоко, чтоб совладать с кривизной Земли) создать очень тяжело.
Но в крайние годы ученые начали применять чувствительные фотоприемники, которые намного лучше управляются с данной нам задачей. Такие сенсоры так чувствительны, что могут улавливать отдельные фотоны и кооперировать их в снимки на расстоянии до 10 км.
Какова предельная дальность камеры?
Разумеется, физики никогда не останавливаются на достигнутом. На деньках Чжен-Пинг Ли и его коллеги из Научно-технического института Китай в Шанхае проявили, как фотографировать объекты на расстоянии до 45 км в укрытой смогом городской среде. Их способ употребляет сенсоры отдельных фотонов в сочетании с неповторимым вычислительным методом, который дозволяет получать изображения сверхвысокого разрешения, объединяя рассеянные точки данных.
Новенькая техника относительно ординарна в принципе. Она базирована на способе лидаров — LIDAR (Light Identification Detection and Ranging): «обнаружение, идентификация и определение дальности при помощи света» — подсвечивает объект лазерным светом и потом делает изображение из отраженного света.
Огромное преимущество такового рода активной визуализации заключается в том, что отраженные от объекта фотоны ворачиваются в сенсор в течение определенного временного окна, которое зависит от расстояния. Потому любые фотоны, которые прибывают за пределами этого окна, можно игнорировать.
Такового рода фильтр конструктивно уменьшает шум, который создается ненужными фотонами из окружающей среды. И это дозволяет лидарным системам быть весьма чувствительными и нацеленными на расстояние.
Чтоб новенькая система работала еще лучше в городской среде, Чжен-Пинг и его коллеги употребляли инфракрасный лазер с длиной волны 1550 нанометров, частотой повторения 100 килогерц и умеренной мощностью в 120 милливатт. Эта длина волны делает систему неопасной для глаз и дозволяет команде отфильтровывать солнечные фотоны, которые в неприятном случае могли бы перегрузить сенсор.
Исследователи посылают и получают эти фотоны при помощи 1-го оптического устройства — обыденного астрономического телескопа с линзой 280 мм. Отраженные фотоны потом регистрируются коммерческим сенсором одиночных фотонов. Чтоб сделать снимок, ученые сканируют поле обзора, используя пьезоуправляемое зеркало, которое может поворачиваться ввысь, вниз, на право и на лево.
Таковым образом, они могут создавать двухмерные изображения. Но благодаря контролю времени поступления фотонов они могут улавливать фотоны, отраженные с различных расстояний, для сотворения трехмерного изображения.
Крайнее достижение, которое удалось выполнить команде, это создать метод, который собирает изображение воедино, используя однофотонные данные. Такового рода вычислительная визуализация сделала большой путь за крайние годы, позволив ученым создавать снимки из относительно маленьких наборов данных.
Результаты молвят сами за себя. Команда установила новейшую камеру на 20-м этаже строения на полуострове Чонгминг в Шанхае и направила его на здание штатской авиации Пудун через реку, в 45 километрах.
Обыденные изображения, приобретенные через телескоп, не демонстрируют ничего, не считая шума. Но новенькая техника дозволяет получать изображения с пространственным разрешением в 60 см, на которых можно разобрать окна строения. «Этот итог показывает потрясающую способность LiDAR-системы одиночных фотонов близкого инфракрасного диапазона различать цели через сумел», молвят ученые.
Стоит иметь в виду, что основное применение таковой системы будет в области наблюдения, определения и идентификации целей. Кроме всего, устройство по размерам не больше коробки обуви, относительно портативное.
