Kurze Bytes: Diese neue Technologie, die von der Arbeit mit Spiegeln und von LASER inspiriert ist, lässt die Kamera ein Objekt in einer blinden Ecke erkennen. Ein Laserpuls schlägt auf den Boden, der in alle Richtungen streut. Ein kleiner Teil des Laserlichts trifft auf das Objekt und das zurückgestreute Licht wird dann gefiltert und aufgezeichnet.

Wenn jemand Sie fragt, wie Sie ein Objekt in einer blinden Ecke sehen können, lautet die spontanste Antwort, die Sie sich vorstellen könnten, mit einem Spiegel! Nun, eine Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung von Genevieve Gariepy hat ebenfalls einen ähnlichen Ansatz gewählt.

Die Arbeit eines Spiegels: Die glänzende Oberfläche eines Spiegels reflektiert gestreutes Licht von einem Objekt / einer Lichtquelle in einem genau definierten Winkel zu unserem Auge. Dies liegt daran, dass das von verschiedenen Punkten des Objekts gestreute Licht im Fall eines Spiegels im gleichen Winkel reflektiert wird, und so sieht unser Auge ein klares Bild des Objekts. Im Gegensatz dazu wird Licht bei einer nicht reflektierenden Oberfläche in alle Richtungen zufällig gestreut und erzeugt daher kein klares Bild.

Wissenschaftler sind davon inspiriert. Was sie getan haben - sie entwickelten einen hochmodernen Detektor, der Wände und Fußböden mit intelligenten Datenverarbeitungstechniken in einen „virtuellen Spiegel“ verwandelt und so bewegte, auch ausgefallene Objekte lokalisieren und verfolgen kann der direkten Sichtlinie. Die Laser-Entfernungsmessung hilft dabei weiter.

Wie funktioniert die mit der Lasertechnologie unterstützte Kamera?

LASER steht für Light Amplification durch stimulierte Strahlungsemission. Die Art von Laser, über die wir hier sprechen, ist hauptsächlich Infrarot-, Halbleiter- und GaAs-Laserdiode. Die erzeugte Lichtenergie hat eine Wellenlänge von etwa 900 Nanometern bei einer Strahldivergenz von 3 Milliradianten - dies entspricht einer Strahlbreite von etwa 0,3 m bei 100 m oder gleichermaßen bei 3 ft bei 1000 ft. Die Lasertechnologie hilft bei der Berechnung der Entfernung durch Messen die Flugzeit von sehr kurzen Infrarotlichtimpulsen.

Dies unterscheidet sich jedoch von der herkömmlichen Vermessungsinstrumentmethode zum Messen von Phasenverschiebungen durch Vergleichen der ankommenden Wellenlänge mit der Phase des ausgehenden Lichts. Jedes feste Objekt reflektiert einen bestimmten Prozentsatz der emittierten Lichtenergie. Dies muss nur ein kleiner Prozentsatz sein, damit der empfindliche Detektor ihn aufnehmen kann. Die Zeit, die ein Laserpuls benötigt, um mit hoher Präzision zum Ziel und zurück zu gelangen, wird somit anhand einer quarzgesteuerten Zeitbasis gemessen. Wenn man die konstante Lichtgeschwindigkeit kennt, ist es dann einfach, die zurückgelegte Entfernung zu berechnen. Zur Erhöhung der Genauigkeit verarbeitet der Laser in einer einzigen Messperiode bis zu 60 Impulse. Die Zielerfassungszeiten liegen zwischen 0,3 und 0,7 Sekunden. Ausgereifte Algorithmen zur Überprüfung der Genauigkeit sorgen für ein zuverlässiges Lesen. LTI-Laser sind absolut augensicher und erfüllen die Anforderungen der FDA-Klasse 1.

Ein Laserpuls schlägt auf den Boden, der in alle Richtungen streut. Ein kleiner Teil des Laserlichts trifft auf das Objekt, und das rückgestreute Licht wird auf einem Bodenstück aufgezeichnet, das als „virtueller Spiegel“ fungiert. Dies wird in der nachstehenden Abbildung erläutert. Wir wissen, dass die Lichtgeschwindigkeit konstant ist und uns bekannt ist (3 * 10 ^ 8m / s). Durch Messen des Zeitintervalls zwischen dem Beginn des Laserimpulses und dem das Bodenstück erreichenden gestreuten Licht kann somit die Position des Objekts berechnet werden.

Warum die Timing-Messung genau sein muss, liegt auch daran, dass die zu detektierenden Lichtpegel extrem niedrig sind. Um dieses Hindernis zu überwinden, ist die Verwendung fortschrittlicher Laser- und Detektortechnologie erforderlich. Die für die Zeitmessung verwendeten Laserpulse betragen nur zehn Femtosekunden (100.000 Milliardstel einer Sekunde oder 10)-15) Lang. Außerdem ist jedes Pixel in der ultraempfindlichen "Kamera" (bekannt als Einpixel-Avalanche-Dioden-Array), die zur Abbildung des Flickens des Bodens verwendet wird, im Wesentlichen eine ultraschnelle Stoppuhr, die die Ankunftszeit des gestreuten Lichtimpulses in einem Pixel erfasst wenige hundert milliardstel sekunden.

Außerdem erreicht das vom interessierenden Objekt gestreute Licht den virtuellen Spiegel des Bodens, aber das Problem liegt in der Tatsache, dass das von jedem anderen Objekt in der Nähe gestreute Licht dasselbe tut. Daher ist es wichtig, dass die beiden, das „Signal“ des verborgenen Objekts, vom Hintergrundrauschen von allem anderen getrennt werden.

Wie wird das erreicht? Nun, die hier angewandte Logik ist, dass das versteckte Objekt, das das Gerät zu erkennen versucht, mobil ist, während andere Objekte in der Nähe dies nicht sind. Da das sich bewegende Objekt im virtuellen Spiegel ein Signal erzeugt, das sich mit der Zeit ändert, kann es aus dem konstanten Hintergrundsignal der stationären Objekte der Umgebung herausgefiltert werden.

Die letzte Stufe ist die Zeitmessung für Streulicht, das an einem einzelnen Punkt des virtuellen Spiegels ankommt. Dies wird von einem einzelnen Pixel im Detektor erfasst. Eine ähnliche Zeitverzögerung könnte sich aus Objekten ergeben, die sich an einer beliebigen Anzahl verschiedener Positionen befinden, die sich in einem angemessenen Abstand vom virtuellen Spiegel befinden. Während die Timing-Daten eines einzelnen Pixels das Objekt nur in einem Bereich von Positionen lokalisieren, unterscheidet sich der Bereich für jedes Pixel. Es stellt sich jedoch heraus, dass es nur eine einzige Position gibt, an der die Zeitsteuerungsbedingung gleichzeitig für alle Pixel erfüllt ist, und dies ermöglicht, dass das Objekt aus den Hintergrundsignalen eindeutig identifiziert werden kann.

Schauen Sie sich das Video unten an:

Das Prototyp-Kamerasystem ermöglicht es außerdem, die Position des Objekts hinter der Wand innerhalb von ein bis zwei Zentimetern zu lokalisieren. Außerdem misst die Kamera alle paar Sekunden und kann somit die Geschwindigkeit eines sich bewegenden Objekts erkennen. Bei der ersten Methode, die lange Datenverarbeitungszeiten erfordert, kann die neue Methode bewegte Objekte in Echtzeit verfolgen.

Während es derzeit beschränkt ist, Objekte in einem Abstand von bis zu 60 cm vom virtuellen Spiegel auf dem Boden zu lokalisieren, sind die Wissenschaftler optimistisch, sie auf etwa zehn Meter auszudehnen und die Formen verborgener Objekte sowie ihre Positionen genauer zu erkennen. Die zukünftigen Anwendungen scheinen in Bereichen wie Überwachung oder aus Sicherheitsgründen vielversprechend zu sein.

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Arbeitete Für Sie: Robert Gaines & George Fleming | Möchten Sie Uns Kontaktieren?

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