使用单光子雪崩二极管探测器阵列进行水下3D成像,具有多事件时间到数字转换.

科学领域:

• 光子学和光学工程的工程.
• 水下成像技术的技术
• 半导体探测器阵列 半导体探测器阵列

背景情况:

• 像水这样的分散环境对光学成像构成了挑战.
• 传统的激光雷达系统在较高的后向散射中扎,限制了深度和速度.
• 单光子雪崩二极管 (SPAD) 阵列为低光检测提供高灵敏度.

研究的目的:

• 开发一个快速的3D成像系统,用于挑战水下环境.
• 克服现有的LiDAR系统在散射介质上的局限性.
• 为了提高单光子检测在高回散条件下的效率.

主要方法:

• 一个使用CMOS技术制造的单光子雪崩二极管 (SPAD) 探测器阵列 (64x32宏像素).
• 集成的多事件时间到数字转换器 (METDCs) 每个宏像素的同时多光子事件采集.
• 与时间相关的单光子计数 (TCSPC) 在时间隔离模式下用于选择性光子检测.

主要成果:

• 单光子LiDAR系统在一个散射水箱中实现了高达6.2衰减长度的检测.
• 证明了高速3D成像,曝光时间仅为1毫秒.
• 多事件TDC方法使得3D图像的采集速度比以前的可比系统快大约50倍.

结论:

• 开发的带有METDC的单光子LiDAR系统对于在的水下环境中快速3D成像非常有效.
• 这项技术显著提高了水下光学成像的速度和效率.
• 该系统在具有挑战性的水域条件下,比之前的基于SPAD的LiDAR系统显著改进.