Исследователи создали новую технику тепловидения с использованием метаоптических устройств. Этот подход предоставляет более подробную информацию о отображаемом объекте, что потенциально расширяет возможности применения тепловидения в автономной навигации, безопасности, тепловидении, медицинской визуализации и дистанционном зондировании.
«Наш метод преодолевает проблемы традиционных спектральных тепловизоров, которые часто бывают громоздкими и сложными, поскольку основаны на больших колесах фильтров или интерферометрах», — сказал руководитель исследовательской группы Зубин Джейкоб из Университета Пердью. «Мы объединили метаоптическое оборудование и передовые алгоритмы компьютерной визуализации, чтобы создать компактную и надежную систему, имеющую при этом большое поле зрения».
В Optica, влиятельном исследовательском журнале Optics Publishing Group, авторы описывают свою новую систему разложения спектральной поляризации, которая использует стопку вращающихся поверхностей элементов для разложения теплового света на его спектральные и поляризационные компоненты. Таким образом, система формирования изображения может фиксировать детали спектра и поляризации теплового излучения в дополнение к информации об интенсивности, полученной традиционными методами тепловидения.
Исследование исследователей показывает, что новую систему можно использовать с коммерческими тепловизионными камерами для успешной классификации различных материалов, что часто является сложной задачей для традиционных тепловизионных камер. Этот метод позволяет различать изменения температуры и идентифицировать материалы на основе признаков спектральной поляризации, помогая повысить безопасность и эффективность в различных приложениях, включая автономную навигацию.
Сюэцзи Ван, первый автор этой статьи и постдокторант из Университета Пердью, сказал: «Традиционные методы автономной навигации в основном основаны на камерах RGB, которые трудно функционировать в суровых условиях, таких как слабая освещенность или плохая погода. В сочетании с технологией обнаружения и определения дальности с помощью тепла наша тепловизионная камера со спектральной поляризацией может предоставить важную информацию в этих сложных ситуациях, обеспечивая более четкие изображения, чем RGB или традиционные тепловизионные камеры. Как только мы достигнем захвата видео в реальном времени, эта технология может значительно улучшить восприятие сцены и в целом безопасность».
Делайте больше с камерой меньшего размера
Поляризационная визуализация длинноволновой инфракрасной спектроскопии имеет решающее значение для таких приложений, как ночное видение, машинное зрение, обнаружение газовых примесей и тепловидение. Однако современные спектральные полярные длинноволновые инфракрасные тепловизоры громоздки и имеют ограниченное спектральное разрешение и поле зрения.
Чтобы преодолеть эти ограничения, исследователи обращаются к поверхностям элементов большой площади — ультратонким структурированным поверхностям, которые могут сложным образом манипулировать светом. После разработки вращающихся дисперсионных метаповерхностей с индивидуальной чувствительностью к инфракрасному излучению они разработали процесс изготовления, который позволяет использовать эти метаповерхности для создания вращающихся устройств большой площади (диаметром 2,5 см), подходящих для визуализации. Размер полученной вращающейся стопки составляет менее 10x10x10 см, и ее можно использовать с традиционными инфракрасными камерами.
«Сочетание этих оптических устройств с элементами большой площади с алгоритмами компьютерного изображения помогает эффективно восстанавливать спектры теплового излучения. Это делает системы спектрального полярного тепловидения более компактными, надежными и эффективными, чем предыдущие системы».
Использование тепловидения для классификации материалов
Чтобы оценить свою новую систему, исследователи назвали «Университет Пердью», используя различные материалы и микроструктуры, каждая из которых обладает уникальными спектральными полярными свойствами. Используя информацию о спектральных полярных координатах, полученную системой, они точно различали различные материалы и объекты. Они также продемонстрировали, что точность классификации материалов системы в три раза выше по сравнению с традиционными методами тепловидения, что подчеркивает эффективность и универсальность системы.
Исследователи говорят, что новый метод будет особенно полезен для приложений, требующих детального тепловидения. «Например, в сфере безопасности он может произвести революцию в системах аэропортов, обнаруживая предметы или вещества, спрятанные на людях», — сказал Ван Сюэцзи. «Кроме того, его компактная и прочная конструкция расширяет возможности его применения в различных условиях окружающей среды, что делает его особенно полезным для таких приложений, как автономная навигация».
Помимо использования системы для захвата видео, исследователи также работают над улучшением спектрального разрешения технологии, эффективности передачи, а также скорости захвата и обработки изображений. Они также планируют улучшить конструкцию метаповерхности, чтобы обеспечить более сложные манипуляции со светом, что приведет к более высокому спектральному разрешению. Кроме того, они надеются распространить этот метод на получение изображений при комнатной температуре, поскольку использование стеков метаповерхностей ограничивает применение метода к высокотемпературным объектам. Для достижения этой цели они планируют использовать такие технологии, как улучшенные материалы, дизайн метаповерхности и антибликовые покрытия.
Составлено из /ScitechDaily