فناوری متا نوری انقلابی تصویربرداری حرارتی را تغییر می‌دهد
فناوری متا نوری انقلابی تصویربرداری حرارتی را تغییر می‌دهد -با جمع‌آوری داده‌های حرارتی پیچیده‌تر، این روش جدید می‌تواند ناوبری مستقل، تشخیص مواد، امنیت و سایر کاربردها را افزایش دهد.
محققان فناوری جدیدی را با استفاده از دستگاه های متا نوری برای تصویربرداری حرارتی ایجاد کرده اند.
این روش اطلاعات دقیق تری در مورد اشیایی که تصویربرداری می شوند ارائه می دهد، به طور بالقوه کاربردهای تصویربرداری حرارتی را در ناوبری مستقل، امنیت، ترموگرافی، تصویربرداری پزشکی و سنجش از دور گسترش می دهد.
زوبین جاکوب، سرپرست تیم تحقیقاتی از دانشگاه پردو ، گفت: «روش ما بر چالش‌های تصویرگرهای حرارتی طیفی سنتی غلبه می‌کند، که اغلب به دلیل تکیه بر چرخ‌های فیلتر بزرگ یا تداخل‌سنج‌ها، حجیم و ظریف هستند .
ما دستگاه‌های متااپتیکال و الگوریتم‌های تصویربرداری محاسباتی پیشرفته را ترکیب کردیم تا سیستمی را ایجاد کنیم که هم فشرده و قوی باشد و هم میدان دید وسیعی داشته باشد.»
در Optica ، مجله Optica Publishing Group برای تحقیقات با تاثیر بالا، نویسندگان سیستم جدید تجزیه طیفی-قطبی خود را توصیف می کنند که از پشته ای از فراسطح های در حال چرخش برای تجزیه نور حرارتی به اجزای طیفی و پلاریمتری آن استفاده می کند.
این به سیستم تصویربرداری اجازه می‌دهد تا جزئیات طیفی و قطبی تابش حرارتی را علاوه بر اطلاعات شدتی که با تصویربرداری حرارتی سنتی به‌دست می‌آید، ثبت کند.
محققان نشان دادند که سیستم جدید را می توان با یک دوربین حرارتی تجاری برای طبقه بندی موفق مواد مختلف استفاده کرد، کاری که معمولا برای دوربین های حرارتی معمولی چالش برانگیز است.
توانایی این روش در تشخیص تغییرات دما و شناسایی مواد بر اساس امضاهای طیفی-قطبی سنجی می تواند به افزایش ایمنی و کارایی برای کاربردهای مختلف از جمله ناوبری مستقل کمک کند.
Xueji Wang، نویسنده اول مقاله، محقق فوق دکتری در دانشگاه پوردو، گفت: «رویکردهای ناوبری مستقل سنتی به شدت به دوربین‌های RGB متکی هستند که در شرایط چالش‌برانگیز مانند نور کم یا آب و هوای بد با مشکل مواجه می‌شوند.
هنگامی که دوربین حرارتی طیفی-قطبی سنجی ما با فناوری تشخیص و محدوده به کمک حرارت ادغام می شود، می تواند اطلاعات حیاتی را در این سناریوهای دشوار ارائه دهد و تصاویر واضح تری نسبت به دوربین های RGB یا حرارتی معمولی ارائه دهد.
هنگامی که به فیلم برداری بلادرنگ دست یابیم، این فناوری می تواند درک صحنه و ایمنی کلی را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.
انجام کارهای بیشتر با تصویرگر کوچکتر
تصویربرداری طیفی-قطبی در امواج مادون قرمز با موج بلند برای کاربردهایی مانند دید در شب، دید ماشینی، سنجش گاز ردیابی و ترموگرافی بسیار مهم است.
با این حال، تصویرگرهای مادون قرمز موج بلند طیفی-قطبی امروزی حجیم و از نظر وضوح طیفی و میدان دید محدود هستند.
برای غلبه بر این محدودیت‌ها، محققان به سراغ سطوح بزرگ رفتند – سطوح ساختاری بسیار نازکی که می‌توانند نور را به روش‌های پیچیده دستکاری کنند.
پس از مهندسی متاسطحهای پراکنده چرخشی با پاسخ‌های مادون قرمز متناسب، آنها یک فرآیند ساخت را توسعه دادند که به این متاسطحها اجازه می‌دهد تا دستگاه‌های چرخشی با مساحت بزرگ (قطر 2.5 سانتی‌متر) مناسب برای کاربردهای تصویربرداری استفاده شوند.
ابعاد پشته چرخان حاصل کمتر از 10 × 10 × 10 سانتی متر است و می تواند با یک دوربین مادون قرمز سنتی استفاده شود.
وانگ می‌گوید: «ادغام این دستگاه‌های متااپتیکی بزرگ با الگوریتم‌های تصویربرداری محاسباتی، بازسازی کارآمد طیف تابش حرارتی را تسهیل کرد.
این یک سیستم تصویربرداری حرارتی طیفی-قطبی فشرده‌تر، قوی‌تر و مؤثرتر از آنچه قبلاً قابل دستیابی بود را ممکن کرد.»
طبقه بندی مواد با تصویربرداری حرارتی
محققان برای ارزیابی سیستم جدید خود، “Purdue” را با استفاده از مواد و ریزساختارهای مختلف، که هر کدام دارای خواص طیفی-قطبی منحصر به فرد هستند، بیان کردند.
آنها با استفاده از اطلاعات طیفی-قطبی سنجی به دست آمده با سیستم، مواد و اجسام مختلف را به دقت تشخیص دادند.
آنها همچنین افزایش سه برابری در دقت طبقه‌بندی مواد را در مقایسه با روش‌های تصویربرداری حرارتی سنتی نشان دادند که کارایی و تطبیق پذیری سیستم را برجسته کرد.
محققان می گویند که روش جدید می تواند به ویژه برای کاربردهایی که نیاز به تصویربرداری حرارتی دقیق دارند مفید باشد.
وانگ می‌گوید: «برای مثال، در زمینه امنیت، می‌تواند سیستم‌های فرودگاه را با شناسایی اقلام یا مواد مخفی روی افراد متحول کند.
علاوه بر این، طراحی فشرده و مستحکم آن، مناسب بودن آن را برای شرایط محیطی متنوع افزایش می‌دهد و آن را به ویژه برای کاربردهایی مانند ناوبری خودکار مفید می‌سازد.
علاوه بر تلاش برای دستیابی به فیلمبرداری با این سیستم، محققان در تلاشند تا وضوح طیفی، راندمان انتقال و سرعت ضبط و پردازش تصویر را افزایش دهند.
آنها همچنین قصد دارند طراحی فراسطحی را بهبود بخشند تا امکان دستکاری نور پیچیده تر برای وضوح طیفی بالاتر را فراهم کنند.
علاوه بر این، آنها می خواهند این روش را به تصویربرداری در دمای اتاق گسترش دهند زیرا استفاده از پشته های فراسطحی این روش را به اشیاء با دمای بالا محدود می کند.
آنها قصد دارند این کار را با استفاده از مواد بهبود یافته، طراحی های فراسطحی و تکنیک هایی مانند پوشش های ضد انعکاس انجام دهند.
مرجع: “پشته متاسطح چرخشی برای تصویربرداری حرارتی طیفی-قطبی” توسط فانگلین بائو، زوبین جاکوب، ژویجی وانگ، تایلر سنتز و زییی یانگ، 19 ژانویه 2024، اپتیکا .
DOI: doi:10.1364/OPTICA.506813
