Imágenes 3D subacuáticas utilizando una matriz de detectores de diodo de avalancha de un solo fotón con conversión multi-evento de tiempo a digital. | JoVE Visualize

Área de la Ciencia:

Fotónica y Ingeniería Óptica.
Tecnologías de Imágenes Subacuáticas Tecnologías de Imágenes Subacuáticas
Los conjuntos de detectores de semiconductores.

Sus antecedentes:

Los entornos de dispersión como el agua turbia plantean desafíos para las imágenes ópticas.
Los sistemas LiDAR tradicionales luchan con una alta retrodispersión, lo que limita la profundidad y la velocidad.
Las matrices de diodo de avalancha de un solo fotón (SPAD) ofrecen una alta sensibilidad para la detección de poca luz.

Objetivo del estudio:

Desarrollar un sistema de imágenes 3D rápido para entornos submarinos desafiantes.
Para superar las limitaciones de los sistemas LiDAR existentes en medios de dispersión.
Para mejorar la eficiencia de la detección de un solo fotón en condiciones de alta retrodispersión.

Principales métodos:

Una matriz de detectores de diodo de avalancha de un solo fotón de silicio (SPAD) (64x32 macropíxeles) fabricados con tecnología CMOS.
Integración de convertidores multi-evento de tiempo a digital (METDC) por macro-pixel para la adquisición simultánea de eventos multi-fotónicos.
El conteo de fotones individuales correlacionados con el tiempo (TCSPC) en un modo de tiempo limitado para la detección selectiva de fotones.

Principales resultados:

El sistema LiDAR de un solo fotón logró detectar hasta 6.2 longitudes de atenuación en un tanque de agua de dispersión.
Se demostró la obtención de imágenes 3D de alta velocidad con un tiempo de exposición de solo 1 ms.
El enfoque de TDC multi-evento permitió la adquisición de imágenes 3D aproximadamente 50 veces más rápido que los sistemas comparables anteriores.

Conclusiones:

El sistema LiDAR de un solo fotón desarrollado con METDCs es altamente efectivo para la obtención rápida de imágenes 3D en entornos turbios submarinos.
Esta tecnología avanza significativamente la velocidad y la eficiencia de las imágenes ópticas submarinas.
El sistema demuestra una mejora sustancial con respecto a los sistemas LiDAR anteriores basados en SPAD para condiciones acuáticas difíciles.