Los investigadores han creado una nueva técnica de obtención de imágenes térmicas utilizando dispositivos metaópticos. Este enfoque proporciona información más detallada sobre el objeto del que se están tomando imágenes, lo que potencialmente amplía las aplicaciones de las imágenes térmicas en la navegación autónoma, la seguridad, las imágenes térmicas, las imágenes médicas y la teledetección.
"Nuestro método supera los desafíos de las cámaras termográficas espectrales tradicionales, que a menudo son voluminosas y sofisticadas porque dependen de grandes ruedas de filtros o interferómetros", dijo el líder del equipo de investigación Zubin Jacob de la Universidad Purdue. "Combinamos equipos metaópticos y algoritmos de imágenes computacionales de vanguardia para crear un sistema que es a la vez compacto y robusto, y que al mismo tiempo tiene un gran campo de visión".
En Optica, la revista de investigación de alto impacto de Optics Publishing Group, los autores describen su nuevo sistema de descomposición de polarización espectral, que utiliza una pila de superficies de elementos giratorios para descomponer la luz térmica en sus componentes espectrales y de polarización. De esta manera, el sistema de imágenes puede capturar los detalles espectrales y de polarización de la radiación térmica además de la información de intensidad adquirida por las técnicas tradicionales de imágenes térmicas.
El estudio de los investigadores muestra que el nuevo sistema se puede utilizar con cámaras termográficas comerciales para clasificar con éxito una variedad de materiales, lo que suele ser una tarea desafiante para las cámaras termográficas tradicionales. Este método puede distinguir cambios de temperatura e identificar materiales basándose en firmas de polarización espectral, lo que ayuda a mejorar la seguridad y la eficiencia en una variedad de aplicaciones, incluida la navegación autónoma.
Xueji Wang, primer autor de este artículo e investigador postdoctoral en la Universidad de Purdue, dijo: "Los métodos tradicionales de navegación autónoma se basan principalmente en cámaras RGB, que son difíciles de funcionar en condiciones difíciles como poca luz o mal tiempo. Combinadas con tecnología de detección y alcance asistida térmicamente, nuestra cámara de imágenes térmicas de polarización espectral puede proporcionar información importante en estas situaciones difíciles, proporcionando imágenes más claras que las cámaras RGB o de imágenes térmicas tradicionales. Una vez que logremos la captura de video en tiempo real, esta tecnología puede mejorar en gran medida la percepción de la escena y la seguridad general".
Haz más con una cámara más pequeña
Las imágenes de polarización por espectroscopía infrarroja de onda larga son fundamentales para aplicaciones como visión nocturna, visión artificial, detección de gases traza e imágenes térmicas. Sin embargo, los generadores de imágenes infrarrojas espectrales polares de onda larga actuales son voluminosos y tienen una resolución espectral y un campo de visión limitados.
Para superar estas limitaciones, los investigadores están recurriendo a superficies de elementos de gran superficie: superficies estructuradas ultrafinas que pueden manipular la luz de formas complejas. Después de diseñar metasuperficies dispersivas giratorias con respuestas infrarrojas personalizadas, desarrollaron un proceso de fabricación que puede utilizar estas metasuperficies para crear dispositivos giratorios de gran área (2,5 cm de diámetro) adecuados para aplicaciones de imágenes. La pila giratoria resultante mide menos de 10x10x10 cm y se puede utilizar con cámaras infrarrojas tradicionales.
"La combinación de estos dispositivos ópticos de elementos de gran área con algoritmos de imágenes computacionales ayuda a reconstruir eficientemente los espectros de radiación térmica. Esto hace que los sistemas de imágenes térmicas polares espectrales sean más compactos, robustos y eficientes que los sistemas anteriores".
Uso de imágenes térmicas para clasificar materiales.
Para evaluar su nuevo sistema, los investigadores deletrearon "Universidad Purdue" utilizando una variedad de materiales y microestructuras, cada uno con propiedades polares espectrales únicas. Utilizando la información de coordenadas polares espectrales adquirida por el sistema, distinguieron con precisión entre diferentes materiales y objetos. También demostraron que la precisión de clasificación de materiales del sistema era tres veces mayor en comparación con los métodos tradicionales de imágenes térmicas, destacando la eficacia y versatilidad del sistema.
Los investigadores dicen que el nuevo método será particularmente útil para aplicaciones que requieren imágenes térmicas detalladas. "Por ejemplo, en el campo de la seguridad, puede revolucionar los sistemas aeroportuarios al detectar artículos o sustancias ocultas en las personas", dijo Wang Xueji. "Además, su diseño compacto y robusto mejora su aplicabilidad en diferentes condiciones ambientales, lo que lo hace particularmente beneficioso para aplicaciones como la navegación autónoma".
Además de utilizar el sistema para la captura de vídeo, los investigadores también están trabajando para mejorar la resolución espectral, la eficiencia de transmisión y la velocidad de captura y procesamiento de imágenes de la tecnología. También planean mejorar el diseño de la metasuperficie para permitir una manipulación de la luz más compleja, lo que dará como resultado una mayor resolución espectral. Además, esperan ampliar el método a imágenes a temperatura ambiente, ya que el uso de pilas de metasuperficies limita la aplicación del método a objetos de alta temperatura. Planean utilizar tecnologías como materiales mejorados, diseño de metasuperficies y revestimientos antirreflectantes para lograr este objetivo.
Compilado de /ScitechDaily