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Un nuevo sistema LIDAR puede obtener imágenes de objetos en tres dimensiones bajo el agua utilizando una matriz de detectores de un solo fotón. Desarrollada por investigadores de la Universidad Herriot-Watt en el Reino Unido, la tecnología podría resultar útil para aplicaciones como la inspección, el seguimiento y el estudio de objetos submarinos, la ingeniería en alta mar e incluso la arqueología.

"Hasta donde sabemos, este es el primer prototipo de un sistema de imágenes completamente sumergido basado en tecnologías de detección cuántica", dice la líder del equipo, Aurora Maccarone. Si bien el equipo había demostrado previamente imágenes utilizando técnicas de detección de fotón único que podrían penetrar entornos submarinos turbios o altamente atenuantes, el último trabajo va un paso más allá y demuestra que el sistema puede funcionar mientras está completamente sumergido en un gran tanque de prueba. Los investigadores también mejoraron el hardware y el software utilizados para reconstruir las imágenes en 3D, lo que les permitió realizar las imágenes en tiempo real.

El concepto operativo del sensor es bastante simple, explica Maccarone. Primero, una fuente de láser pulsado verde ilumina la escena de interés. Los objetos en la escena reflejan esta iluminación pulsada, y una matriz ultrasensible de detectores de un solo fotón capta la luz reflejada. "Al medir el tiempo de retorno de la luz reflejada, la distancia al objetivo se puede medir con precisión, lo que nos permite construir el perfil 3D del objetivo", dice Maccarone. "Por lo general, la medición del tiempo se realiza con una resolución de tiempo de picosegundos, lo que significa que podemos resolver detalles a escala milimétrica de los objetivos en la escena".

Fundamentalmente, la técnica permite a los investigadores distinguir entre los fotones reflejados por el objetivo y los reflejados por las partículas en el agua. "Esto lo hace especialmente adecuado para imágenes en 3D en aguas muy turbias en las que la dispersión óptica puede arruinar el contraste y la resolución de la imagen", añade Maccarone.

Los investigadores probaron su sistema en un tanque de agua de 4 mx 3 mx 2 m. Al agregar cantidades variables de agente de dispersión al agua, pudieron imitar los diferentes niveles de dispersión de luz presentes en los entornos submarinos naturales. Debido a que la matriz óptica produce muchos cientos de eventos de detección por segundo, los investigadores utilizaron algoritmos especialmente desarrollados para obtener imágenes en condiciones de alta dispersión de luz para analizar los datos.

La gama de aplicaciones para LIDAR submarino es extremadamente amplia, dice Maccarone. Un posible uso podría ser la inspección de cables submarinos o la parte sumergida de las turbinas. Otras opciones incluyen el monitoreo y estudio de sitios arqueológicos y aplicaciones en el sector de seguridad y defensa.

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El principal desafío ahora, agrega Maccarone, es reducir cada componente del sistema y, por lo tanto, reducir sus dimensiones generales a algo que pueda caber en un vehículo submarino. "Estamos colaborando con la industria para encontrar una solución adecuada para que esto sea posible sin comprometer el rendimiento del sistema", dice.

Los investigadores informan sobre su trabajo en Optics Express.