Seul

Un nouveau système LIDAR peut imager des objets en trois dimensions sous l'eau à l'aide d'un réseau de détecteurs à photon unique. Développée par des chercheurs de l'Université Herriot-Watt au Royaume-Uni, la technologie pourrait être utile pour des applications telles que l'inspection, la surveillance et l'arpentage d'objets sous-marins, l'ingénierie off-shore et même l'archéologie.

« À notre connaissance, il s'agit du premier prototype d'un système d'imagerie entièrement immergé basé sur des technologies de détection quantique », déclare Aurora Maccarone, chef d'équipe. Alors que l'équipe avait déjà démontré l'imagerie en utilisant des techniques de détection à photon unique qui pouvaient pénétrer dans des environnements sous-marins troubles ou très atténuants, les derniers travaux vont encore plus loin, prouvant que le système peut en effet fonctionner tout en étant complètement immergé dans un grand réservoir d'essai. Les chercheurs ont également amélioré le matériel et les logiciels utilisés pour reconstruire les images 3D, leur permettant d'effectuer l'imagerie en temps réel.

Le concept opérationnel du capteur est assez simple, explique Maccarone. Tout d'abord, une source laser pulsée verte illumine la scène d'intérêt. Les objets de la scène reflètent cette illumination pulsée, et un réseau ultra-sensible de détecteurs à photon unique capte la lumière réfléchie. "En mesurant le temps de retour de la lumière réfléchie, la distance à la cible peut être mesurée avec précision, ce qui nous permet de construire le profil 3D de la cible", explique Maccarone. "En règle générale, la mesure temporelle est effectuée avec une résolution temporelle picoseconde, ce qui signifie que nous pouvons résoudre les détails à l'échelle millimétrique des cibles dans la scène."

Fondamentalement, la technique permet aux chercheurs de faire la distinction entre les photons réfléchis par la cible et ceux réfléchis par les particules dans l'eau. "Cela le rend particulièrement adapté à l'imagerie 3D dans des eaux très troubles dans lesquelles la diffusion optique peut ruiner le contraste et la résolution de l'image", ajoute Maccarone.

Les chercheurs ont testé leur système dans un réservoir d'eau mesurant 4 mx 3 mx 2 m. En ajoutant des quantités variables d'agent de diffusion à l'eau, ils ont pu imiter les différents niveaux de diffusion de la lumière présents dans les environnements sous-marins naturels. Étant donné que le réseau optique produit plusieurs centaines d'événements de détection par seconde, les chercheurs ont utilisé des algorithmes spécialement développés pour l'imagerie dans des conditions de forte diffusion de la lumière pour analyser les données.

La gamme d'applications du LIDAR sous-marin est extrêmement large, explique Maccarone. Une utilisation possible pourrait être l'inspection de câbles sous-marins ou de la partie immergée des turbines. D'autres options incluent la surveillance et l'arpentage des sites archéologiques et des applications dans le secteur de la sécurité et de la défense.

Les astuces tirées de l'imagerie oculaire permettent le LiDAR à débit vidéo

Le principal défi maintenant, ajoute Maccarone, est de réduire chaque composant du système et ainsi de réduire ses dimensions globales à quelque chose qui pourrait tenir dans un véhicule sous-marin. "Nous collaborons avec l'industrie pour trouver une solution appropriée pour rendre cela possible sans compromettre les performances du système", dit-elle.

Les chercheurs rapportent leurs travaux dans Optics Express.