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Un nuovo sistema LIDAR può rappresentare oggetti in tre dimensioni sott'acqua utilizzando un array di rilevatori a fotone singolo. Sviluppata dai ricercatori della Herriot-Watt University nel Regno Unito, la tecnologia potrebbe rivelarsi utile per applicazioni quali l’ispezione, il monitoraggio e il rilevamento di oggetti sottomarini, l’ingegneria offshore e persino l’archeologia.

"Per quanto ne sappiamo, questo è il primo prototipo di un sistema di imaging completamente sommerso basato su tecnologie di rilevamento quantistico", afferma il leader del team Aurora Maccarone. Mentre il team aveva precedentemente dimostrato l’imaging utilizzando tecniche di rilevamento di un singolo fotone in grado di penetrare in ambienti sottomarini torbidi o altamente attenuanti, l’ultimo lavoro fa un ulteriore passo avanti, dimostrando che il sistema può effettivamente funzionare mentre è completamente immerso in una grande vasca di prova. I ricercatori hanno inoltre migliorato l'hardware e il software utilizzati per ricostruire le immagini 3D, consentendo loro di eseguire l'imaging in tempo reale.

Il concetto di funzionamento del sensore è abbastanza semplice, spiega Maccarone. Innanzitutto, una sorgente laser pulsata verde illumina la scena di interesse. Gli oggetti nella scena riflettono questa illuminazione pulsata e una serie ultrasensibile di rilevatori a fotone singolo capta la luce riflessa. "Misurando il tempo di ritorno della luce riflessa, è possibile misurare con precisione la distanza dal bersaglio, il che ci consente di costruire il profilo 3D del bersaglio", spiega Maccarone. "In genere, la misurazione temporale viene eseguita con una risoluzione temporale di picosecondi, il che significa che possiamo risolvere i dettagli su scala millimetrica dei target nella scena."

Fondamentalmente, la tecnica consente ai ricercatori di distinguere tra i fotoni riflessi dal bersaglio e quelli riflessi dalle particelle nell'acqua. "Ciò lo rende particolarmente adatto per l'imaging 3D in acque altamente torbide in cui la dispersione ottica può rovinare il contrasto e la risoluzione dell'immagine", aggiunge Maccarone.

I ricercatori hanno testato il loro sistema in un serbatoio d'acqua di 4 mx 3 mx 2 m. Aggiungendo quantità variabili di agente di dispersione all'acqua, sono stati in grado di imitare i diversi livelli di diffusione della luce presenti negli ambienti sottomarini naturali. Poiché la matrice ottica produce molte centinaia di eventi di rilevamento al secondo, i ricercatori hanno utilizzato algoritmi appositamente sviluppati per l'imaging in condizioni di elevata diffusione della luce per analizzare i dati.

La gamma di applicazioni del LIDAR subacqueo è estremamente ampia, afferma Maccarone. Un possibile utilizzo potrebbe essere l'ispezione di cavi sottomarini o della parte sommersa di turbine. Altre opzioni includono il monitoraggio e il rilevamento di siti archeologici e applicazioni nel settore della sicurezza e della difesa.

I trucchi appresi dall'imaging oculare consentono il LiDAR a velocità video

La sfida principale ora, aggiunge Maccarone, è ridurre ogni componente del sistema e quindi ridurne le dimensioni complessive a qualcosa che possa entrare in un veicolo sottomarino. "Stiamo collaborando con l'industria per trovare una soluzione adeguata che renda tutto ciò possibile senza compromettere le prestazioni del sistema", afferma.

I ricercatori riportano il loro lavoro in Optics Express.