Einzelphotonen-LIDAR

Einzelphotonen-LIDAR bietet eine besonders schnelle Datenerfassung und eine besonders hohe Datendichte, da diese Technik mehrere Laserimpulse gleichzeitig erfasst und separat analysiert. Dabei werden statt des gesamten Lichtsignals einzelne Photonen detektiert. Die Single-Photon-Lidar-Technik (SPL) verwendet kollimierte Laserstrahlung im sichtbaren grünen Bereich des Spektrums (λ=532 nm). Die Kollimation des Laserimpulses wird durch den Einsatz eines diffraktiven optischen Elements (DOE) erreicht, das den Laser in mehrere Teilstrahlen, sogenannte „Beamlets“, aufteilt. Auf diese Weise wird die Dichte der Messpunkte deutlich erhöht. Im Gegensatz zu GmLidar wird nicht das gesamte FOW des Empfängers vollständig beleuchtet, sondern jedes Beamlet wird in seiner räumlichen Richtung so ausgerichtet, dass es auf ein ihm zugeordnetes, auf der Detektionsseite befindliches, Einzelphotonen-empfindliches Detektorarray, das sogenannte „Subarray“, trifft. Jedes einzelne Subarray besteht aus zahlreichen lichtempfindlichen Detektorelementen und teilt das FOW virtuell in Teilbereiche auf, die parallel in die Auswertung einbezogen werden können. Auf diese Weise werden die lichtempfindlichen Sub-Arrays effizient beleuchtet und optische Übersprechen vermieden. Bei richtig eingestelltem Dynamikbereich ist die Stärke des Ausgangssignals der Sub-Arrays linear zur optischen Leistung. Auf diese Weise kann jeder Laserstrahl mehrere Echos liefern, deren Analyse es beispielsweise ermöglicht, Vegetation zu durchdringen. Im Vergleich zu herkömmlichen LIDAR-Systemen bietet SPL eine höhere Flächenleistung bei vergleichbaren Punktwolken-Dichten, wobei die Höhenauflösung für nicht planare Oberflächen etwas geringer ist als bei Vollwellen-LIDAR. Single-Photon-LIDAR ist empfindlicher gegenüber Mehrfachreflexionen als Geiger-Mode-LIDAR. In der aktuellen Form erreicht SPL nicht die Präzision von Vollwellen-LIDAR.

Die in SPL verwendete Wellenlänge ermöglicht die Durchführung von bathymetrischen Messungen und deren Kombination mit topografischen Vermessungen.

Ein typischer Anwendungsfall für SPL wäre die Erkennung von Objekten unter Laubwerk in einem Wald von oben. In diesem Fall könnten einzelne Beamlets Baumkronen erkennen, andere könnten auf dem Weg dorthin auf Äste treffen und von diesen reflektiert werden, und wieder andere Beamlets könnten auf den Boden treffen und entsprechende Daten liefern.

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