Os pesquisadores criaram uma nova técnica para imagens térmicas usando dispositivos meta-ópticos. Esta abordagem fornece informações mais detalhadas sobre o objeto que está sendo fotografado, expandindo potencialmente as aplicações de imagens térmicas em navegação autônoma, segurança, imagens térmicas, imagens médicas e sensoriamento remoto.
"Nosso método supera os desafios dos termovisores espectrais tradicionais, que muitas vezes são volumosos e sofisticados porque dependem de grandes rodas de filtros ou interferômetros", disse o líder da equipe de pesquisa Zubin Jacob, da Universidade Purdue. "Combinamos equipamentos meta-ópticos e algoritmos de imagem computacional de última geração para criar um sistema que é compacto e robusto, ao mesmo tempo que possui um grande campo de visão."
Na Optica, a revista de pesquisa de alto impacto do Optics Publishing Group, os autores descrevem seu novo sistema de decomposição de polarização espectral, que usa uma pilha de superfícies de elementos rotativos para decompor a luz térmica em seus componentes espectrais e de polarização. Desta forma, o sistema de imagem pode capturar os detalhes espectrais e de polarização da radiação térmica, além das informações de intensidade adquiridas pelas técnicas tradicionais de imagem térmica.
O estudo dos pesquisadores mostra que o novo sistema pode ser usado com câmeras de imagem térmica comerciais para classificar com sucesso uma variedade de materiais, o que muitas vezes é uma tarefa desafiadora para câmeras de imagem térmica tradicionais. Este método pode distinguir mudanças de temperatura e identificar materiais com base em assinaturas de polarização espectral, ajudando a melhorar a segurança e a eficiência em diversas aplicações, incluindo navegação autônoma.
Xueji Wang, o primeiro autor deste artigo e pesquisador de pós-doutorado na Purdue University, disse: "Os métodos tradicionais de navegação autônoma dependem principalmente de câmeras RGB, que são difíceis de funcionar em condições adversas, como pouca luz ou mau tempo. Combinado com tecnologia de detecção e alcance assistida por calor, nossa câmera de imagem térmica de polarização espectral pode fornecer informações importantes nessas situações difíceis, fornecendo imagens mais nítidas do que RGB ou câmeras de imagem térmica tradicionais. Assim que conseguirmos a captura de vídeo em tempo real, esta tecnologia pode melhorar muito a percepção da cena e a segurança geral. "
Faça mais com uma câmera menor
A imagem de polarização por espectroscopia infravermelha de ondas longas é crítica para aplicações como visão noturna, visão de máquina, detecção de gases residuais e imagens térmicas. No entanto, os atuais geradores de imagens infravermelhas de ondas longas espectrais são volumosos e têm resolução espectral e campo de visão limitados.
Para superar essas limitações, os pesquisadores estão recorrendo a superfícies de elementos de grandes áreas – superfícies estruturadas ultrafinas que podem manipular a luz de maneiras complexas. Depois de projetar metassuperfícies dispersivas rotativas com respostas infravermelhas personalizadas, eles desenvolveram um processo de fabricação que pode usar essas metassuperfícies para criar dispositivos rotativos de grande área (2,5 cm de diâmetro) adequados para aplicações de imagem. A pilha rotativa resultante mede menos de 10x10x10 cm e pode ser usada com câmeras infravermelhas tradicionais.
"A combinação desses dispositivos ópticos de elementos de grande área com algoritmos de imagem computacional ajuda a reconstruir eficientemente os espectros de radiação térmica. Isso torna os sistemas de imagem térmica polar espectral mais compactos, robustos e eficientes do que os sistemas anteriores."
Usando imagens térmicas para classificar materiais
Para avaliar seu novo sistema, os pesquisadores criaram “Universidade de Purdue” usando uma variedade de materiais e microestruturas, cada um com propriedades polares espectrais únicas. Usando as informações de coordenadas polares espectrais adquiridas pelo sistema, eles distinguiram com precisão entre diferentes materiais e objetos. Eles também demonstraram que a precisão da classificação de materiais do sistema era três vezes maior em comparação aos métodos tradicionais de imagem térmica, destacando a eficácia e versatilidade do sistema.
Os pesquisadores dizem que o novo método será particularmente útil para aplicações que exigem imagens térmicas detalhadas. “Por exemplo, no campo da segurança, pode revolucionar os sistemas aeroportuários ao detectar itens ou substâncias escondidas nas pessoas”, disse Wang Xueji. “Além disso, seu design compacto e robusto aumenta sua aplicabilidade em diferentes condições ambientais, tornando-o particularmente benéfico para aplicações como navegação autônoma”.
Além de utilizar o sistema para captura de vídeo, os pesquisadores também estão trabalhando para melhorar a resolução espectral da tecnologia, a eficiência de transmissão e a velocidade de captura e processamento de imagens. Eles também planejam melhorar o design da metassuperfície para permitir uma manipulação de luz mais complexa, resultando em maior resolução espectral. Além disso, eles esperam estender o método para imagens em temperatura ambiente, uma vez que o uso de pilhas de metassuperfícies limita a aplicação do método a objetos de alta temperatura. Eles planejam usar tecnologias como materiais aprimorados, design de meta-superfície e revestimentos antirreflexos para atingir esse objetivo.
Compilado de /ScitechDaily