Studiuesit përdorin metasipërfaqe rrotulluese për të krijuar një sistem kompakt të imazhit termik

Studiuesit kanë zhvilluar një teknologji të re që përdor pajisje meta-optike për të kryer imazhe termike. Qasja ofron informacion më të pasur rreth objekteve të imazhit, të cilat mund të zgjerojnë përdorimin e imazheve termike në fusha të tilla si navigimi autonom, siguria, termografia, imazhet mjekësore dhe sensori në distancë.

“Metoda jonë kapërcen sfidat e imazherëve termikë tradicionalë spektralë, të cilët shpesh janë të rëndë dhe delikatë për shkak të mbështetjes së tyre në rrotat e mëdha të filtrit ose interferometrat,” tha udhëheqësi i ekipit kërkimor Zubin Jacob nga Universiteti Purdue. “Ne kemi kombinuar pajisjet meta-optike dhe algoritme kompjuterike më të avancuara të imazhit për të krijuar një sistem që është sa kompakt dhe i fortë, duke pasur gjithashtu një fushë të madhe shikimi.”

Në Optikë , revista e Optica Publishing Group për kërkime me ndikim të lartë, autorët përshkruajnë sistemin e tyre të ri të dekompozimit spektro-polarimetrik, i cili përdor një pirg metasipërfaqesh rrotulluese për të zbërthyer dritën termike në komponentët e saj spektralë dhe polarimetrikë. Kjo lejon sistemin e imazhit të kapë detajet spektrale dhe të polarizimit të rrezatimit termik, përveç informacionit të intensitetit që merret me imazhet termike tradicionale.

Studiuesit treguan se sistemi i ri mund të përdoret me një kamera termike komerciale për të klasifikuar me sukses materiale të ndryshme, një detyrë që është zakonisht sfiduese për kamerat termike konvencionale. Aftësia e metodës për të dalluar ndryshimet e temperaturës dhe për të identifikuar materialet bazuar në nënshkrimet spektro-polarimetrike mund të ndihmojë në rritjen e sigurisë dhe efikasitetit për një sërë aplikacionesh, duke përfshirë navigimin autonom.

“Përqasjet tradicionale të navigimit autonom mbështeten shumë në kamerat RGB, të cilat luftojnë në kushte sfiduese si drita e ulët ose moti i keq,” tha autori i parë i gazetës Xueji Wang, një studiues postdoktoral në Universitetin Purdue. “Kur integrohet me teknologjinë e zbulimit dhe diapazonit me ndihmën e nxehtësisë, kamera jonë termike spektro-polarimetrike mund të ofrojë informacion jetik në këto skenarë të vështirë, duke ofruar imazhe më të qarta se kamerat termike RGB ose konvencionale. Pasi të arrijmë kapjen e videos në kohë reale, teknologjia mund të përmirësojë ndjeshëm perceptimin e skenës dhe sigurinë e përgjithshme.”

Imazhi spektro-polarimetrik në infra të kuqe me valë të gjatë është thelbësor për aplikime të tilla si shikimi i natës, shikimi me makinë, sensori i gjurmës së gazit dhe termografia. Sidoqoftë, imazherët e sotëm me valë të gjatë infra të kuqe spektro-polarimetrike janë të rëndë dhe të kufizuar në rezolucionin spektral dhe fushën e shikimit.

Për të kapërcyer këto kufizime, studiuesit iu drejtuan metasipërfaqeve me sipërfaqe të madhe – sipërfaqe të strukturuara ultra të holla që mund të manipulojnë dritën në mënyra komplekse. Pas inxhinierisë së metasipërfaqeve shpërndarëse rrotulluese me përgjigje të përshtatura infra të kuqe, ata zhvilluan një proces fabrikimi që lejoi që këto metasipërfaqe të përdoren për të krijuar pajisje rrotulluese me sipërfaqe të madhe (me diametër 2,5 cm) të përshtatshme për aplikime imazherike. Përmasat e tufave rrotulluese që rezulton janë më pak se 10 x 10 x 10 cm dhe mund të përdoren me një aparat fotografik tradicional me rreze infra të kuqe.

“Integrimi i këtyre pajisjeve meta-optike me një zonë të madhe me algoritme të imazhit llogaritës lehtësoi rindërtimin efikas të spektrit të rrezatimit termik,” tha Wang. “Kjo mundësoi një sistem imazhi termik spektro-polarimetrik më kompakt, më të fortë dhe efektiv sesa mund të arrihej më parë.”

Për të vlerësuar sistemin e tyre të ri, studiuesit përshkruajnë “Purdue” duke përdorur materiale dhe mikrostruktura të ndryshme, secila me veti unike spektro-polarimetrike. Duke përdorur informacionin spektro-polarimetrik të marrë me sistemin, ata dalluan me saktësi materialet dhe objektet e ndryshme. Ata demonstruan gjithashtu një rritje trefish në saktësinë e klasifikimit të materialit në krahasim me metodat tradicionale të imazhit termik, duke theksuar efektivitetin dhe shkathtësinë e sistemit.

Studiuesit thonë se metoda e re mund të jetë veçanërisht e dobishme për aplikacionet që kërkojnë imazhe termike të detajuara. “Për shembull, në fushën e sigurisë, mund të revolucionarizojë sistemet e aeroportit duke zbuluar sende ose substanca të fshehura te njerëzit,” tha Wang. “Për më tepër, dizajni i tij kompakt dhe i fortë rrit përshtatshmërinë e tij për kushte të ndryshme mjedisore, duke e bërë atë veçanërisht të dobishëm për aplikacione të tilla si navigimi autonom.”

Përveç punës për të arritur kapjen e videos me sistemin, studiuesit po përpiqen të përmirësojnë rezolucionin spektral të teknikës, efikasitetin e transmetimit dhe shpejtësinë e kapjes dhe përpunimit të imazhit. Ata gjithashtu planifikojnë të përmirësojnë dizajnin e metasipërfaqes për të mundësuar manipulim më kompleks të dritës për rezolucion më të lartë spektral. Për më tepër, ata duan të zgjerojnë metodën në imazhe në temperaturën e dhomës pasi përdorimi i pirgjeve metasipërfaqe e kufizoi metodën në objekte me temperaturë të lartë. Ata planifikojnë ta bëjnë këtë duke përdorur materiale të përmirësuara, dizajne metasipërfaqësore dhe teknika si veshjet kundër reflektimit.