美國海軍研究新方法，讓LiDAR「看穿」模糊元素

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你實際上可以用它來檢測遮擋背後的三維圖像，例如樹冠。

（映維網 2017年08月07日）特別設計的激光系統和基於門控數字全息術的新方法可以讓LiDAR能夠「看穿」遮蔽的元素（如葉子）。

當激光在20世紀60年代誕生以後，取名自「Light（光）」和「Radar（雷達）」的LiDAR便因擁有獨特的精度而被用於測量時間和距離。LiDAR很快成為了土地調查的標準方法，並且已被用於一系列的感測應用，比如自動駕駛汽車。

通過使用激光掃描地面（通常是通過飛機），LiDAR可以根據從掃描區域反射回來的光進行時間測量，直接獲取高精度三維地表地形數據。

隨著激光和電子技術的發展，LiDAR的能力已經可以克服因真實環境（如動態天氣模式）帶來的一些限制和模糊效果。通過專門設計的激光系統和基於門控數字全息術的新方法，美國華盛頓特區海軍研究實驗室的研究現在提供了一種新方法，可以讓LiDAR「看穿」其他模糊的地形元素（如葉子）。

美國海軍研究實驗室的保羅·列博（Paul Lebow）表示：「這是嘗試通過名為葉子穿透LiDAR的東西來解決其中一個問題。你實際上可以用它來檢測遮擋背後的三維圖像，例如樹冠。比方說，你希望在災難救援情況下尋找陷入麻煩的人，那你可以通過LiDAR照亮葉子，讓足夠的光線回來並創建一個三維地形圖，然後看看其背後是什麼情況。」

在以前，LiDAR難以檢測隱藏在葉子後面的表面。就檢測來自地面的光線而言，大多數原始光都被丟棄，因為經過葉子的光線在一開始就不會到達地面。此外，被阻擋，在到達地面之前便已經被反射的光線會導致到達相機的信號過強，而確實到達了地面並返回的更弱的信號則被隱藏。

列博表示：「我們使用名為光相位共軛的處理過程已有一段時間。我們發現這個處理過程可以透過葉片的孔來投射激光束，並且能夠看到部分遮擋。這可能是最近五年才可以實現，因為之前的技術尚未成熟。我們在20年前使用的方法涉及非線性光學材料，那是一個困難的處理過程。但現在一切都可以通過數字全息圖和計算機生成的全息圖實現，而這正是我們所做的。」

據列博和他的同事艾比·瓦特尼克（Abbie Watnik）的描述，這個新系統使用了專門設計的激光器，而這花費了一年半的時間才最終開發出來。

瓦特尼克說道：「真正的關鍵在於感測器上兩個激光束之間的干擾。我們把一個激光束髮送到目標，然後返回，在其到達探測器的那一刻我們便用另一種激光束將其局部干擾。我們需要光束之間保持完全一致，所以我們必須有一個專門設計的激光系統，以確保在它們彼此干擾時獲得一致性。」

藉助寬度僅為幾納米的脈衝激光器發出的脈衝，以及具有類似時間解析度的門控測量，全息系統可以選擇性地阻擋從遮擋處反射而來的最早到達光，然後相機可以只測量從被部分隱藏的表面反射回來的光線。

列博說：「我們以前使用CW（連續波）激光器做過這個演示，但現在我們正使用脈衝激光器和一個非常快速的門控感測器。這可以在適當的時間開啟，讓我們得到我們想要的光線。激光器的設計使得本地基準脈衝與從目標返回的信號脈衝之間的時差完全可調，可適應從幾英尺到幾公里的距離。」

瓦特尼克補充說：「這意味我們可以在實驗室中的桌面設置中，或者是實地中使用這種激光系統，使用與該範圍相同的激光器。」

這個基於實驗室的系統已經為潛在的現實價值提供了實質性證據。在把穿孔索引卡作為樹葉時，研究人員不僅能夠映射索引卡所遮擋的內容，而且他們的建模可以重建「葉子」的拓撲。

瓦特尼克和列博，以及他們的研究團隊希望繼續這一項目並對原型進行調整，使這個葉子穿透LiDAR系統能夠準備好進行實地測試。

列博說：「如果我們得到資金，那將是我們下一個計劃。我們還有其他幾個後續項目，不是專門針對LiDAR，比如波束控制和其他基於非常相似的屬性和原理進行成像的數字全息項目。」

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