(Nanowerk Nieuws) Onderzoekers hebben een nieuwe technologie ontwikkeld die meta-optische apparaten gebruikt om thermische beeldvorming uit te voeren. De aanpak levert rijkere informatie op over afgebeelde objecten, wat het gebruik van thermische beeldvorming zou kunnen verbreden op gebieden als autonome navigatie, beveiliging, thermografie, medische beeldvorming en teledetectie.
"Onze methode overwint de uitdagingen van traditionele spectrale warmtebeeldcamera's, die vaak omvangrijk en delicaat zijn vanwege hun afhankelijkheid van grote filterwielen of interferometers", zegt onderzoeksteamleider Zubin Jacob van Purdue University. "We hebben meta-optische apparaten en geavanceerde computationele beeldalgoritmen gecombineerd om een systeem te creëren dat zowel compact als robuust is en tegelijkertijd een groot gezichtsveld heeft."
In optica (“Spinning Metasurface Stack voor spectro-polarimetrische thermische beeldvorming”), beschrijven de auteurs hun nieuwe spectro-polarimetrische decompositiesysteem, dat gebruik maakt van een stapel spinnen meta-oppervlakken om thermisch licht op te splitsen in zijn spectrale en polarimetrische componenten. Hierdoor kan het beeldvormingssysteem de spectrale en polarisatiedetails van thermische straling vastleggen, naast de intensiteitsinformatie die wordt verkregen met traditionele thermische beeldvorming.
Onderzoekers gebruikten een stapel draaiende metasurface-apparaten om spectrale en polarisatiedetails van thermische straling vast te leggen, evenals de intensiteitsinformatie die wordt verkregen met traditionele thermische beeldvorming. (Afbeelding: Xueji Wang, Purdue Universiteit)
De onderzoekers toonden aan dat het nieuwe systeem kan worden gebruikt met een commerciële thermische camera om verschillende materialen met succes te classificeren, een taak die doorgaans een uitdaging is voor conventionele thermische camera's. Het vermogen van de methode om temperatuurvariaties te onderscheiden en materialen te identificeren op basis van spectro-polarimetrische kenmerken zou de veiligheid en efficiëntie voor een verscheidenheid aan toepassingen kunnen helpen vergroten, waaronder autonome navigatie.
“Traditionele autonome navigatiebenaderingen zijn sterk afhankelijk van RGB-camera’s, die het moeilijk hebben onder uitdagende omstandigheden zoals weinig licht of slecht weer”, zegt Xueji Wang, de eerste auteur van het artikel, een postdoctoraal onderzoeker aan de Purdue University. “Indien geïntegreerd met hitteondersteunde detectie- en bereiktechnologie, kan onze spectro-polarimetrische thermische camera essentiële informatie leveren in deze moeilijke scenario’s, en duidelijkere beelden bieden dan RGB of conventionele thermische camera’s. Zodra we real-time video-opnames kunnen maken, kan de technologie de scèneperceptie en de algehele veiligheid aanzienlijk verbeteren.”
Meer doen met een kleinere imager
Spectropolarimetrische beeldvorming in het langegolf-infrarood is cruciaal voor toepassingen zoals nachtzicht, machinevisie, spoorgasdetectie en thermografie. De huidige spectro-polarimetrische langegolf-infraroodcamera's zijn echter omvangrijk en beperkt in spectrale resolutie en gezichtsveld. Om deze beperkingen te overwinnen, wendden de onderzoekers zich tot metasurfaces met een groot oppervlak: ultradunne gestructureerde oppervlakken die licht op complexe manieren kunnen manipuleren. Nadat ze dispersieve metasurfaces met op maat gemaakte infraroodreacties hadden ontwikkeld, ontwikkelden ze een fabricageproces waarmee deze metasurfaces konden worden gebruikt om spinapparaten met een groot oppervlak (2.5 cm diameter) te creëren die geschikt zijn voor beeldvormingstoepassingen. De resulterende draaiende stapel meet minder dan 10 x 10 x 10 cm en kan worden gebruikt met een traditionele infraroodcamera. "De integratie van deze meta-optische apparaten met een groot oppervlak met computationele beeldalgoritmen vergemakkelijkte de efficiënte reconstructie van het thermische stralingsspectrum", zegt Wang. “Dit maakte een compacter, robuuster en effectiever spectro-polarimetrisch warmtebeeldsysteem mogelijk dan voorheen haalbaar was.”Materialen classificeren met thermische beeldvorming
Om hun nieuwe systeem te evalueren, spelden de onderzoekers ‘Purdue’ met behulp van verschillende materialen en microstructuren, elk met unieke spectro-polarimetrische eigenschappen. Met behulp van de spectro-polarimetrische informatie die met het systeem werd verkregen, konden ze nauwkeurig de verschillende materialen en objecten onderscheiden. Ze toonden ook een drievoudige toename in de nauwkeurigheid van materiaalclassificatie in vergelijking met traditionele thermische beeldvormingsmethoden, wat de effectiviteit en veelzijdigheid van het systeem onderstreepte. De onderzoekers zeggen dat de nieuwe methode vooral nuttig zou kunnen zijn voor toepassingen die gedetailleerde thermische beeldvorming vereisen. “Op veiligheidsgebied zou het bijvoorbeeld een revolutie teweeg kunnen brengen in de luchthavensystemen door verborgen voorwerpen of stoffen op mensen te detecteren”, aldus Wang. “Bovendien verbetert het compacte en robuuste ontwerp de geschiktheid voor diverse omgevingsomstandigheden, waardoor het bijzonder gunstig is voor toepassingen zoals autonome navigatie.” Naast het werken aan video-opname met het systeem, proberen de onderzoekers de spectrale resolutie, transmissie-efficiëntie en snelheid van beeldopname en -verwerking van de techniek te verbeteren. Ze zijn ook van plan het metasurface-ontwerp te verbeteren om complexere lichtmanipulatie voor een hogere spectrale resolutie mogelijk te maken. Bovendien willen ze de methode uitbreiden naar beeldvorming bij kamertemperatuur, omdat het gebruik van metasurface-stapels de methode beperkte tot objecten met hoge temperaturen. Ze zijn van plan dit te doen met behulp van verbeterde materialen, metasurface-ontwerpen en technieken zoals antireflectiecoatings.- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- Bron: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64391.php
