라이더 분해능을 높이기 위해 양자에서 영감을 받은 접근 방식을 사용합니다.

연구원들은 라이더 분해능을 높이기 위해 양자에서 영감을 받은 접근 방식을 사용합니다.
더 많은 세부 사항을 캡처하여 새로운 접근 방식으로 라이더를 안면 인식에 유용하게 만들 수 있습니다.
날짜:
2022년 7월 13일
원천:
광학
요약:
연구원들은 양자에서 영감을 받은 기술을 사용하여 기존 접근 방식보다 훨씬 더 높은 깊이의 해상도로 라이더 이미징을 수행할 수 있음을 보여주었습니다. 레이저 펄스를 사용하여 장면이나 물체에 대한 3D 정보를 획득하는 Lidar는 일반적으로 제한된 깊이 해상도로 인해 지형적 특징이나 건축 구조물과 같은 대형 물체를 이미징하는 데 가장 적합합니다.


연구원들은 양자에서 영감을 받은 기술을 사용하여 기존 접근 방식보다 훨씬 더 높은 깊이의 해상도로 라이더 이미징을 수행할 수 있음을 보여주었습니다. 레이저 펄스를 사용하여 장면이나 물체에 대한 3D 정보를 획득하는 Lidar는 일반적으로 제한된 깊이 해상도로 인해 지형적 특징이나 건축 구조물과 같은 대형 물체를 이미징하는 데 가장 적합합니다.

영국 글래스고 대학(University of Glasgow)의 연구팀장인 애슐리 라이언스(Ashley Lyons)는 "라이다를 사용하여 사람의 전체적인 모양을 이미지화할 수 있지만 일반적으로 얼굴 특징과 같은 세부 사항은 포착하지 못한다"고 말했습니다. "추가 깊이 해상도를 추가함으로써 우리의 접근 방식은 얼굴 특징뿐만 아니라 누군가의 지문까지 볼 수 있을 만큼 충분한 세부 사항을 캡처할 수 있습니다."

Optica Publishing Group 저널 Optics Express 에서 Lyons와 제1저자인 Robbie Murray는 이미징 2광자 간섭 라이더라고 부르는 새로운 기술에 대해 설명합니다. 그들은 2mm 미만의 반사 표면을 구별하고 마이크론 규모의 해상도로 고해상도 3D 이미지를 생성할 수 있음을 보여줍니다.

"이 작업은 현재 가능한 것보다 훨씬 더 높은 해상도의 3D 이미징으로 이어질 수 있으며, 이는 작은 기능을 포함하는 얼굴 인식 및 추적 응용 프로그램에 유용할 수 있습니다."라고 Lyons는 말했습니다. "실제 사용을 위해 기존의 라이더를 사용하여 물체가 어디에 있는지 대략적인 아이디어를 얻은 다음 우리 방법으로 물체를 신중하게 측정할 수 있습니다."

고전적으로 얽힌 빛을 사용하여

새로운 기술은 두 개의 광선이 서로 간섭하는 방식에서 정보를 추출하는 "양자 영감" 간섭계를 사용합니다. 얽힌 광자 쌍 또는 양자 광은 이러한 유형의 간섭 측정에 자주 사용되지만 광자 얽힘에 기반한 접근 방식은 거의 항상 라이더의 경우인 높은 수준의 광 손실이 있는 상황에서 제대로 수행되지 않는 경향이 있습니다. 이 문제를 극복하기 위해 연구원들은 양자 감지에서 배운 것을 고전적(비양자) 빛에 적용했습니다.

"양자 얽힌 광자를 사용하면 설정이 매우 기술적으로 까다로워지기 전에 단위 시간당 매우 많은 광자 쌍만 생성될 수 있습니다."라고 Lyons는 말했습니다. "이러한 문제는 고전적인 빛에는 존재하지 않으며 레이저 출력을 높이면 높은 손실을 피할 수 있습니다."

두 개의 동일한 광자가 빔 스플리터에서 동시에 만나면 항상 서로 달라붙거나 얽혀서 같은 방향으로 떠납니다. 고전적인 빛은 같은 행동을 보이지만 그 정도는 덜합니다. 대부분의 경우 고전적인 광자는 같은 방향을 향합니다. 연구원들은 두 개의 광자가 동시에 검출기에 도달하는 시점을 관찰함으로써 하나의 광자가 도달하는 시간을 매우 정확하게 맞추기 위해 고전적인 빛의 이러한 속성을 사용했습니다.

깊이 해상도 향상

"시간 정보는 광자 중 하나를 3D 장면으로 보낸 다음 해당 광자가 다시 돌아오는 데 걸리는 시간을 측정하여 깊이 측정을 수행할 수 있는 기능을 제공합니다."라고 Lyons는 말했습니다. "따라서 2광자 간섭 라이더는 기존 라이더와 매우 유사하게 작동하지만 해당 광자가 검출기에 도달하는 데 걸리는 시간을 보다 정확하게 측정할 수 있으며, 이는 직접적으로 더 큰 깊이 분해능으로 변환됩니다."

연구원들은 두께가 약 2밀리미터인 유리 조각의 두 반사 표면을 감지하는 데 사용하여 2광자 간섭 라이더의 높은 깊이 분해능을 시연했습니다. 기존의 라이더는 이 두 표면을 구별할 수 없었지만 연구원들은 두 표면을 명확하게 측정할 수 있었습니다. 그들은 또한 새로운 방법을 사용하여 깊이가 7미크론인 20펜스 동전의 상세한 3D 지도를 만들었습니다. 이는 이 방법이 주요 얼굴 특징이나 사람들 간의 기타 차이점을 구별하는 데 필요한 세부 수준을 캡처할 수 있음을 보여줍니다.

2광자 간섭 라이더는 또한 단일 광자 수준에서 매우 잘 작동하여 가시선이 아닌 이미징 또는 산란이 심한 매체를 통한 이미징에 사용되는 보다 복잡한 이미징 접근 방식을 향상시킬 수 있습니다.

현재 이미지를 획득하는 데는 세 가지 공간 차원을 모두 스캔해야 하기 때문에 시간이 오래 걸립니다. 연구원들은 3D 정보를 획득하는 데 필요한 스캐닝의 양을 줄여 이 프로세스를 더 빠르게 만들기 위해 노력하고 있습니다.