'S Werelds krachtigste 3D-laserimager

Laserscanning in de lucht heeft de afgelopen jaren verbluffende kaarten en inzichten opgeleverd. Het onthulde onder andere de vage contouren van een verdwenen middeleeuws stadsstratenraster verduisterd door de jungle rond Angkor Wat in Cambodja (zie Laserscanning onthult nieuwe delen van een oude Cambodjaanse stad), een prestatie die 20 uur helikoptervluchttijd vergde om 370 in kaart te brengen. vierkante kilometer met een resolutie van één meter.

Ruimte schot : De Space Shuttle Atlantis, geparkeerd in het Kennedy Space Center in Florida, verschijnt in een foto van 200 meter bij 200 meter die 's nachts vanaf 13.600 voet in slechts 18 seconden is gemaakt door een eerdere versie van de geavanceerde LIDAR-technologie.

Maar in een beveiligde hangar op de Hanscom Air Force Base in Bedford, Massachusetts, is de buik van een Bombardier-turboprop uitgerust met technologie die de Cambodjaanse klus in ongeveer een half uur zou kunnen klaren. De romp bevat een nieuw LIDAR (lichtdetectie en bereik) 3D-beeldvormingssysteem dat werkt met ongekende snelheid en hoge resolutie, zegt Dale Fried, hoofdontwikkelaar van het systeem bij Lincoln Laboratory, een federaal gefinancierd R&D-centrum dat wordt gerund door MIT.

LIDAR-systemen vuren lasers af en detecteren terugkerende fotonen, waarbij de timing van die retourreizen wordt gebruikt om de afstand te meten en zo 3D-beelden te maken. De kern van het nieuwe beeldvormingssysteem is een microchip met de grootste reeks pixels ooit die slechts één foton per stuk detecteert - in totaal meer dan 16.384 pixels. De reeks pixels, in combinatie met optische lenzen, maakt beeldvorming van grotere gebieden mogelijk. Arrays van deze enkelvoudige fotondetectoren kunnen heel snel grote gebieden in kaart brengen, zegt Fried.

In de huidige LIDAR-systemen in de lucht zijn individuele detectoren veel minder gevoelig; en ze worden mechanisch bewogen samen met de laser die het licht uitstraalt om een ​​breder gezichtsveld vast te leggen.

Hoewel er geen afbeeldingen van het nieuwe systeem dat vorm krijgt in Hanscom publiekelijk beschikbaar zijn, is een eerdere generatie van de technologie - vier jaar geleden gebouwd met slechts een kwart zoveel pixels - getest. Het systeem werd na de aardbeving in Haïti in januari 2010 door het Amerikaanse leger op een humanitaire missie gestuurd; een enkele passage van een zakenvliegtuig op 10.000 voet boven Port-au-Prince kon onmiddellijk snapshots maken van 600 meter pleinen van de stad met een resolutie van 30 centimeter, waarbij de precieze hoogte van het puin in de straten van de stad werd weergegeven.

Dit systeem was al ongeveer vier keer sneller en gedetailleerder dan het Angkor Wat-systeem. Maar de detectorarray die zich nu in de Hanscom-hangar bevindt, is nog eens tien keer beter en zou sneller veel grotere kaarten kunnen produceren, zegt Fried.

De technologie maakt gebruik van een halfgeleider genaamd indium galliumarsenide, die werkt in het infraroodspectrum op een relatief lange golflengte die een hoger vermogen en dus grotere afstanden voor laserscanning in de lucht mogelijk maakt.

Pas in het afgelopen decennium of zo hebben arrays van pixels die afzonderlijke fotonen kunnen detecteren gebouwd. Voor het grootste deel zijn de resulterende beeldvormingssystemen beperkt gebleven tot overheids- en militair werk, zoals het snel in kaart brengen van een groot deel van het steile terrein van Afghanistan tot de resolutie van één meter die helikopterbemanningen nodig hebben om landingszones te vinden.

Lichte chip : Een array van meer dan 4.096 pixels, elk in staat om een ​​enkel foton te detecteren, bevindt zich bovenop de chip.

De technologie is in licentie gegeven aan twee bedrijven, Princeton Lightwave van Cranbury, New Jersey, en Spectrolab , een eenheid van Boeing, in Sylmar, Californië, die ze in producten ontwikkelt. Vorig jaar was Princeton Lightwave de eerste die de technologie commercialiseerde die Haïti in beeld bracht. Het resulterende pakket had de grootte van een schoenendoos, zij het tegen een forse initiële prijs van $ 150.000, gericht op de markt voor defensie-aannemers.

Maar naarmate het proces van het maken van chips verbetert en de prijzen dalen, zou de technologie veel meer toepassingen kunnen vinden op gebieden als glaciologie, landbouw en archeologie - en misschien zelfs zijn weg vinden naar autonome auto's voor de massamarkt, zegt Mark Itzler, CEO van Princeton Lichte golf. Op dit moment kosten commerciële versies van LIDAR voor auto's die verder dan een paar meter kunnen kijken meer dan $ 30.000, en vereisen meestal een omvangrijk mechanisch apparaat.

Hoewel een aantal verschillende soorten LIDAR voor auto's worden overwogen, heeft de indium-galliumarsenide-benadering een voordeel op lange termijn; het kan veilig worden opgevoerd tot extreem hoge vermogensniveaus. De huidige systemen maken gebruik van silicium, dat werkt binnen de frequenties van zichtbaar licht. Als gevolg hiervan verhoogt het risico op oogletsel als u ze op een hoog genoeg niveau zet om belangrijke taken uit te voeren, zoals het detecteren van een dier op 200 meter afstand, zelfs op een mistige snelweg. Genoeg van de [autoleveranciers] zien oogveiligheid als een langetermijnprobleem dat ze erg geïnteresseerd zijn in de gevoeligheid van één foton op golflengten waar je deze enorm oogveilige operatie hebt, zegt Itzler.

Princeton Lightwave is in gesprek met primaire leveranciers aan de auto-industrie om een ​​vroeg prototype te bouwen. Itzler zegt dat de kosten snel zullen moeten dalen, maar daar is een precedent voor: de eerste optische ontvanger [die indium galliumarsenide gebruikte] voor snelle telecomnetwerken was $ 5.000 - en vandaag kost het $ 10, merkt hij op.

Of de technologie nu wel of niet in auto's terechtkomt, zegt Fried, het elimineren van de noodzaak voor sommige bewegende delen en het ontwikkelen van grotere arrays van enkelvoudige fotondetectoren zal uiteindelijk een revolutie teweegbrengen in de prijs voor 3D-beelden, met een factor 10 of meer. nieuwe toepassingen openen.

Ondertussen kunnen nieuwe ontwikkelingen in op chips gebaseerde arrays van emitters het gemakkelijker maken om licht uit te zenden zonder delen te draaien. In een papier in Natuur vorig jaar lieten andere MIT-onderzoekers zien hoe een 64-bij-64 array van siliciumantennes een enkele laserstraal kon nemen en deze naar waar de gebruiker wilde sturen door de spanningen op de chip aan te passen.

zich verstoppen