Вторник, 27 февраля, 2024
ДомойТехнологииРеволюционная метаоптическая технология меняет тепловидение

Революционная метаоптическая технология меняет тепловидение

- Advertisement -

Исследователи использовали набор вращающихся метаповерхностных устройств для захвата деталей спектра и поляризации теплового излучения, а также информации об интенсивности, полученной с помощью традиционного тепловидения. Фото: Сюэцзи Ван, Университет Пердью.

Собирая более сложные тепловые данные, этот новый метод может улучшить автономную навигацию, распознавание материалов, безопасность и другие приложения.

Исследователи создали новую технологию, использующую метаоптические устройства для тепловидения. Этот метод предлагает более подробную информацию о отображаемых объектах, что потенциально расширяет возможности применения тепловидения в автономной навигации, безопасности, термографии, медицинской визуализации и дистанционном зондировании.

«Наш метод преодолевает проблемы традиционных спектральных тепловизоров, которые часто бывают громоздкими и хрупкими из-за того, что в них используются большие колеса фильтров или интерферометры», — сказал руководитель исследовательской группы Зубин Джейкоб из Университета Пердью. «Мы объединили метаоптические устройства и передовые алгоритмы компьютерной визуализации, чтобы создать систему, которая одновременно компактна и надежна, а также имеет большое поле зрения».

В Оптика, журнале Optica Publishing Group, посвященном высокоэффективным исследованиям, авторы описывают свою новую систему спектро-поляриметрического разложения, которая использует стопку вращающихся метаповерхностей для разделения теплового света на его спектральные и поляриметрические компоненты. Это позволяет системе визуализации фиксировать детали спектра и поляризации теплового излучения в дополнение к информации об интенсивности, получаемой с помощью традиционного тепловидения.

Исследователи показали, что новую систему можно использовать с коммерческой тепловизионной камерой для успешной классификации различных материалов — задача, которая обычно является сложной задачей для обычных тепловизионных камер. Способность метода различать изменения температуры и идентифицировать материалы на основе спектрополяриметрических сигнатур может помочь повысить безопасность и эффективность различных приложений, включая автономную навигацию.

Стопка вращающихся метаповерхностей разбивает тепловое излучение на его спектральные и поляриметрические компоненты. Исследователи объединили комплекс метаповерхностей с традиционной длинноволновой инфракрасной камерой и алгоритмами вычислительной визуализации, чтобы создать компактную и надежную систему спектрального тепловидения. Кредит:
Сюэцзи Ван, Университет Пердью

«Традиционные подходы к автономной навигации в значительной степени полагаются на камеры RGB, которые плохо справляются в сложных условиях, таких как низкая освещенность или плохая погода», — сказал первый автор статьи Сюэджи Ван, постдокторант из Университета Пердью. «При интеграции с технологией обнаружения и определения дальности с использованием тепла наша спектрополяриметрическая тепловизионная камера может предоставить важную информацию в этих сложных сценариях, предлагая более четкие изображения, чем RGB или обычные тепловизионные камеры. Как только мы достигнем захвата видео в реальном времени, эта технология может значительно улучшить восприятие сцены и общую безопасность».

Делайте больше с меньшим имидж-сканером

Спектрополяриметрическая визуализация в длинноволновом инфракрасном диапазоне имеет решающее значение для таких приложений, как ночное видение, машинное зрение, обнаружение газовых примесей и термография. Однако современные спектрополяриметрические длинноволновые инфракрасные тепловизоры громоздки и ограничены по спектральному разрешению и полю зрения.

Чтобы преодолеть эти ограничения, исследователи обратились к метаповерхностям большой площади — ультратонким структурированным поверхностям, которые могут управлять светом сложными способами. После разработки вращающихся дисперсионных метаповерхностей с адаптированным инфракрасным откликом они разработали процесс изготовления, который позволил использовать эти метаповерхности для создания вращающихся устройств большой площади (диаметром 2,5 см), подходящих для приложений визуализации. Размер полученной вращающейся стопки составляет менее 10 х 10 х 10 см, и ее можно использовать с традиционной инфракрасной камерой.

«Интеграция этих метаоптических устройств большой площади с алгоритмами вычислительной визуализации способствовала эффективной реконструкции спектра теплового излучения», — сказал Ван. «Это позволило создать более компактную, надежную и эффективную спектрополяриметрическую тепловизионную систему, чем это было возможно ранее».

Классификация материалов с помощью тепловидения

Чтобы оценить свою новую систему, исследователи написали «Purdue», используя различные материалы и микроструктуры, каждая из которых обладает уникальными спектрополяриметрическими свойствами. Используя спектрополяриметрическую информацию, полученную с помощью системы, они точно различали различные материалы и объекты. Они также продемонстрировали трехкратное увеличение классификации материалов. точность по сравнению с традиционными методами тепловидения, что подчеркивает эффективность и универсальность системы.

Исследователи говорят, что новый метод может быть особенно полезен для приложений, требующих детального тепловидения. «Например, в области безопасности это может произвести революцию в системах аэропортов, обнаруживая скрытые предметы или вещества на людях», — сказал Ван. «Более того, его компактная и прочная конструкция повышает его пригодность для различных условий окружающей среды, что делает его особенно полезным для таких приложений, как автономная навигация».

Помимо работы над захватом видео с помощью системы, исследователи пытаются улучшить спектральное разрешение метода, эффективность передачи и скорость захвата и обработки изображений. Они также планируют улучшить конструкцию метаповерхности, чтобы обеспечить более сложную манипуляцию светом для более высокого спектрального разрешения. Кроме того, они хотят распространить этот метод на получение изображений при комнатной температуре, поскольку использование стеков метаповерхностей ограничивало этот метод объектами с высокой температурой. Они планируют сделать это, используя улучшенные материалы, конструкции метаповерхностей и такие методы, как просветляющие покрытия.

Ссылка: «Стек вращающихся метаповерхностей для спектрополяриметрического тепловидения», Фанглин Бао, Зубин Джейкоб, Сюэджи Ван, Тайлер Сентц и Цзыи Ян, 19 января 2024 г., Оптика.
DOI: doi:10.1364/OPTICA.506813

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме