Les chercheurs ont montré qu'une technique d'inspiration quantique peut être utilisée pour effectuer une imagerie LiDAR avec une résolution en profondeur beaucoup plus élevée que ce qui est possible avec les approches conventionnelles. Le LiDAR, qui utilise des impulsions laser pour acquérir des informations 3D sur une scène ou un objet, est généralement mieux adapté à l'imagerie de grands objets tels que des caractéristiques topographiques ou des structures construites en raison de sa résolution de profondeur limitée.

"Bien que LiDAR puisse être utilisé pour imager la forme générale d'une personne, il ne capture généralement pas les détails les plus fins tels que les traits du visage", a déclaré Ashley Lyons, chef de l'équipe de recherche de l'Université de Glasgow au Royaume-Uni. "En ajoutant une résolution de profondeur supplémentaire, notre approche pourrait capturer suffisamment de détails pour non seulement voir les traits du visage, mais même les empreintes digitales de quelqu'un."

Dans Optics Express , Lyons et le premier auteur Robbie Murray décrivent la nouvelle technique, qu'ils appellent l'imagerie LiDAR d'interférence à deux photons. Ils montrent qu'il peut distinguer des surfaces réfléchissantes distantes de moins de 2 millimètres et créer des images 3D haute résolution avec une résolution à l'échelle du micron.

"Ce travail pourrait conduire à une imagerie 3D de résolution beaucoup plus élevée que ce qui est possible actuellement, ce qui pourrait être utile pour les applications de reconnaissance faciale et de suivi qui impliquent de petites caractéristiques", a déclaré Lyons. "Pour une utilisation pratique, le LiDAR conventionnel pourrait être utilisé pour avoir une idée approximative de l'endroit où un objet pourrait se trouver, puis l'objet pourrait être soigneusement mesuré avec notre méthode."

Utilisation d'une lumière intriquée classique

La nouvelle technique utilise l'interférométrie "d'inspiration quantique", qui extrait des informations de la manière dont deux faisceaux lumineux interfèrent l'un avec l'autre. Des paires de photons intriqués - ou lumière quantique - sont souvent utilisées pour ce type d'interférométrie, mais les approches basées sur l'intrication de photons ont tendance à mal fonctionner dans des situations avec des niveaux élevés de perte de lumière, ce qui est presque toujours le cas pour LiDAR. Pour surmonter ce problème, les chercheurs ont appliqué ce qu'ils ont appris de la détection quantique à la lumière classique (non quantique).

"Avec les photons intriqués quantiques, un nombre limité de paires de photons par unité de temps peut être généré avant que la configuration ne devienne très exigeante sur le plan technique", a déclaré Lyons. "Ces problèmes n'existent pas avec la lumière classique, et il est possible de contourner les pertes élevées en augmentant la puissance du laser."

Lorsque deux photons identiques se rencontrent au niveau d'un séparateur de faisceau en même temps, ils se collent toujours ensemble, ou s'enchevêtrent, et partent dans la même direction. La lumière classique montre le même comportement mais à un degré moindre - la plupart du temps, les photons classiques vont dans la même direction. Les chercheurs ont utilisé cette propriété de la lumière classique pour chronométrer très précisément l'arrivée d'un photon en regardant quand deux photons arrivent simultanément sur les détecteurs.

Amélioration de la résolution en profondeur

"Les informations temporelles nous permettent d'effectuer une plage de profondeur en envoyant l'un de ces photons sur la scène 3D, puis en chronométrant le temps qu'il faut pour que ce photon revienne", a déclaré Lyons. "Ainsi, le LiDAR d'interférence à deux photons fonctionne un peu comme le LiDAR conventionnel, mais nous permet de chronométrer plus précisément le temps qu'il faut à ce photon pour atteindre le détecteur, ce qui se traduit directement par une plus grande résolution en profondeur."

Les chercheurs ont démontré la haute résolution en profondeur du LiDAR interférentiel à deux photons en l'utilisant pour détecter les deux surfaces réfléchissantes d'un morceau de verre d'environ 2 millimètres d'épaisseur. Le LiDAR traditionnel ne serait pas en mesure de distinguer ces deux surfaces, mais les chercheurs ont pu mesurer clairement les deux surfaces. Ils ont également utilisé la nouvelle méthode pour créer une carte 3D détaillée d'une pièce de 20 pence avec une résolution de profondeur de 7 microns. Cela montre que la méthode pourrait capturer le niveau de détail nécessaire pour différencier les principaux traits du visage ou d'autres différences entre les personnes.

Le LiDAR interférentiel à deux photons fonctionne également très bien au niveau du photon unique, ce qui pourrait améliorer les approches d'imagerie plus complexes utilisées pour l'imagerie sans ligne de visée ou l'imagerie via des supports hautement diffusants.

Actuellement, l'acquisition des images prend beaucoup de temps car elle nécessite un balayage dans les trois dimensions spatiales. Les chercheurs s'efforcent d'accélérer ce processus en réduisant la quantité de numérisation nécessaire pour acquérir des informations 3D. + Explorer plus loin

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