Революційна метаоптична технологія трансформує теплові зображення

Збираючи більш складні теплові дані, цей новий метод може покращити автономну навігацію, розпізнавання матеріалів, безпеку та інші програми. Дослідники створили нову технологію, використовуючи метаоптичні пристрої для тепловізорів. Цей метод пропонує більш детальну інформацію про об’єкти, що знімаються, потенційно розширюючи застосування тепловізорів у автономній навігації, безпеці, термографії, медичних зображеннях і дистанційному зондуванні.

«Наш метод долає проблеми традиційних спектральних тепловізорів, які часто є громіздкими та делікатними через використання великих фільтрів або інтерферометрів», — сказав керівник дослідницької групи Зубін Джейкоб з Університету Пердью. «Ми об’єднали метаоптичні пристрої та передові алгоритми обчислювальної обробки зображень, щоб створити систему, яка є одночасно компактною та надійною та має велике поле зору».

В Optica, журналі Optica Publishing Group для досліджень високого впливу, автори описують свою нову систему спектро-поляриметричного розкладання, яка використовує стопку метаповерхень, що обертаються, для розкладання теплового світла на його спектральні та поляриметричні компоненти. Це дозволяє системі візуалізації фіксувати спектральні та поляризаційні деталі теплового випромінювання на додаток до інформації про інтенсивність, яку отримують за допомогою традиційного теплового зображення.

Дослідники показали, що нову систему можна використовувати з комерційною тепловізійною камерою для успішної класифікації різних матеріалів, завдання, яке зазвичай є складним для звичайних тепловізійних камер. Здатність методу розрізняти коливання температури та ідентифікувати матеріали на основі спектро-поляриметричних сигнатур може допомогти підвищити безпеку та ефективність для різноманітних застосувань, включаючи автономну навігацію.

«Традиційні автономні підходи до навігації значною мірою покладаються на RGB-камери, які важко працюють у складних умовах, таких як слабке освітлення або погана погода», — сказав перший автор статті Сюеджі Ван, докторський науковий співробітник Університету Пердью. «Завдяки інтеграції з технологією виявлення та визначення дальності за допомогою тепла наша спектрополяриметрична теплова камера може надавати важливу інформацію в цих складних сценаріях, пропонуючи чіткіші зображення, ніж RGB або звичайні теплові камери. Як тільки ми досягнемо захоплення відео в реальному часі, ця технологія зможе значно покращити сприйняття сцени та загальну безпеку».

Робіть більше з меншим фотокамерою

Спектро-поляриметричне зображення в довгохвильовому інфрачервоному випромінюванні має вирішальне значення для таких застосувань, як нічне бачення, машинне бачення, визначення слідів газу та термографія. Однак сучасні спектро-поляриметричні довгохвильові інфрачервоні фотокамери є громіздкими та мають обмежену спектральну роздільну здатність і поле зору.

Щоб подолати ці обмеження, дослідники звернулися до метаповерхень великої площі — надтонких структурованих поверхонь, які можуть маніпулювати світлом складними способами. Після розробки обертових дисперсійних метаповерхень із індивідуальними інфрачервоними відгуками вони розробили процес виготовлення, який дозволив використовувати ці метаповерхні для створення обертових пристроїв великої площі (діаметром 2,5 см), придатних для обробки зображень. Отриманий обертовий стек має розміри менше 10x10x10 см, і його можна використовувати з традиційною інфрачервоною камерою.

«Інтеграція цих метаоптичних пристроїв великої площі з алгоритмами обчислювального зображення сприяла ефективній реконструкції спектра теплового випромінювання», — сказав Ван. «Це дозволило створити більш компактну, надійну та ефективну спектрополяриметричну тепловізорну систему, ніж це було раніше».

Класифікація матеріалів з тепловізором

Щоб оцінити свою нову систему, дослідники назвали «Purdue», використовуючи різні матеріали та мікроструктури, кожна з яких має унікальні спектрополяриметричні властивості. Використовуючи спектро-поляриметричну інформацію, отриману за допомогою системи, вони точно розрізнили різні матеріали та об’єкти. Вони також продемонстрували триразове підвищення точності класифікації матеріалів порівняно з традиційними методами тепловізійного зображення, підкреслюючи ефективність і універсальність системи.

Дослідники кажуть, що новий метод може бути особливо корисним для додатків, які вимагають детального теплового зображення. «Наприклад, у сфері безпеки це може революціонізувати системи аеропортів, виявляючи приховані предмети чи речовини на людях», — сказав Ван. «Щобільше, його компактна та міцна конструкція покращує його придатність для різноманітних умов навколишнього середовища, що робить його особливо корисним для таких застосувань, як автономна навігація».

Окрім роботи над захопленням відео за допомогою системи, дослідники намагаються покращити спектральну роздільну здатність техніки, ефективність передачі та швидкість захоплення та обробки зображень. Вони також планують вдосконалити дизайн метаповерхні, щоб уможливити більш складну маніпуляцію світлом для вищої спектральної роздільної здатності. Крім того, вони хочуть поширити метод на отримання зображень при кімнатній температурі, оскільки використання стеків метаповерхень обмежує метод об’єктами з високою температурою. Вони планують зробити це за допомогою вдосконалених матеріалів, дизайну метаповерхні та таких методів, як антиблікові покриття.