Cientistas criam laser que consegue identificar um rosto a um km de distância
Imagine um sistema capaz de identificar um rosto humano a mais de três campos de futebol de distância, mesmo sob folhagem ou neblina. Pesquisadores do Reino Unido e EUA desenvolveram uma tecnologia que transforma essa ficção científica em realidade, usando detectores tão sensíveis que capturam fótons individuais como se fossem mensageiros cósmicos trazendo segredos do universo.
Pesquisadores desenvolveram um sistema LiDAR de tempo de voo de fotons únicos capaz de capturar imagens 3D de alta resolução de objetos ou cenas a até um quilômetro de distância. Este novo sistema promete melhorar a segurança, monitoramento e sensoriamento remoto, permitindo a captura de imagens detalhadas mesmo em condições ambientais desafiadoras ou quando objetos estão cobertos por folhagem ou redes de camuflagem.
Inovações tecnológicas no LiDAR
O sistema utiliza um detector de fotons únicos aproximadamente duas vezes mais eficiente do que aqueles utilizados em sistemas LiDAR semelhantes, com uma resolução temporal do sistema pelo menos 10 vezes melhor, explicou Aongus McCarthy, membro da equipe de pesquisa da Heriot-Watt University, no Reino Unido. Essas melhorias permitem que o sistema de imagem colete mais fotons dispersos do alvo e atinja uma resolução espacial significativamente mais alta.
No periódico Optica, um grupo multi-institucional de pesquisadores do Reino Unido e dos EUA demonstrou que o novo sistema pode construir uma imagem 3D de um rosto humano claramente reconhecível de uma pessoa a 325 metros de distância. Os pesquisadores envolvidos vieram do grupo de Gerald Buller na Heriot-Watt University, do grupo de Robert Hadfield na Universidade de Glasgow, do grupo de Matthew Shaw no NASA Jet Propulsion Laboratory e do grupo de Karl Berggren no MIT.
Este tipo de sistema de medição poderia melhorar sistemas de segurança e monitoramento que, por exemplo, poderiam adquirir imagens detalhadas de profundidade através de fumaça, nevoeiro ou cenas desordenadas, afirmou McCarthy, autor principal do novo artigo. Além disso, poderia permitir a identificação remota de objetos em vários ambientes e o monitoramento de movimentos de edifícios ou faces rochosas para avaliar subsidência ou outros perigos potenciais.
Como funciona o LiDAR de fotons únicos
O sistema de imagem de profundidade de tempo de voo de fotons únicos usa o tempo que um pulso de laser leva para viajar do sistema a um ponto em um objeto e voltar para calcular a distância até o objeto. Estas medições de tempo de voo são então repetidas para pontos ao longo do objeto para obter informações em 3D.
O novo sistema utiliza um detector ultrassensível chamado detector de fotons únicos de nanofios supercondutores (SNSPD) desenvolvido pelos grupos de pesquisa do MIT e JPL. O SNSPD pode detectar um único fotão de luz, o que significa que lasers com potências muito baixas, incluindo lasers seguros para os olhos, podem ser usados para realizar medições em um tempo muito curto e a longas distâncias.
Para reduzir os níveis de ruído, o detector foi resfriado a pouco menos de 1 Kelvin em um sistema criocooler compacto projetado e construído pelo grupo da Universidade de Glasgow.
Testes de campo: distâncias impressionantes
Os pesquisadores realizaram testes de campo de seu sistema LiDAR no campus da Heriot-Watt University, medindo objetos a 45 metros, 325 metros e 1 quilômetro de distância. Para avaliar a resolução espacial e de profundidade, eles escanearam um alvo personalizado impresso em 3D com tamanhos e alturas de pilares variados. O sistema conseguiu resolver características de até 1 mm em plena luz do dia a 45 e 325 metros—uma resolução de profundidade aproximadamente 10 vezes melhor do que haviam alcançado anteriormente.
A excelente resolução de profundidade do sistema significa que ele seria particularmente adequado para capturar imagens de objetos por trás de obstáculos, como folhagem ou redes de camuflagem, um cenário que seria difícil para uma câmera digital, disse McCarthy. Por exemplo, poderia distinguir um objeto localizado a poucos centímetros atrás de uma rede de camuflagem enquanto sistemas com resolução inferior não conseguiriam identificar o objeto.
Embora os testes de campo para o sistema LiDAR tenham sido limitados a 1 quilômetro, os pesquisadores planejam testar o sistema a distâncias de até 10 km e explorar a imagem através de obstáculos atmosféricos como fumaça e nevoeiro.
Mais informações podem ser encontradas na revista científica Optica.
