研究者らは、メタ光学デバイスを使用した熱画像処理の新しい技術を開発しました。このアプローチにより、画像化されている物体に関するより詳細な情報が提供され、自律航行、セキュリティ、熱画像、医療画像、およびリモートセンシングにおける熱画像の用途が拡大する可能性があります。
パデュー大学の研究チームリーダー、ズービン・ジェイコブ氏は、「我々の手法は、大型のフィルターホイールや干渉計に依存するため、大型で洗練されたものが多い従来のスペクトル熱画像装置の課題を克服するものである」と述べた。 「私たちはメタ光学機器と最先端のコンピューターイメージングアルゴリズムを組み合わせて、コンパクトで堅牢でありながら広い視野を備えたシステムを作成しました。」
Optics Publishing Group の影響力の大きい研究ジャーナルである Optica で、著者らは、回転要素表面のスタックを使用して熱光をスペクトル成分と偏光成分に分解する新しいスペクトル偏光分解システムについて説明しています。このようにして、イメージング システムは、従来の熱イメージング技術によって取得された強度情報に加えて、熱放射のスペクトルと偏光の詳細をキャプチャできます。
研究者らの研究は、この新しいシステムを市販の熱画像カメラと併用して、従来の熱画像カメラでは困難な作業であるさまざまな物質をうまく分類できることを示しています。この方法は、温度変化を区別し、スペクトル偏光シグネチャに基づいて材料を識別することができ、自律航行を含むさまざまなアプリケーションの安全性と効率の向上に役立ちます。
この記事の筆頭著者でパデュー大学のポスドク研究員であるXueji Wang氏は、「従来の自律航法手法は主にRGBカメラに依存しており、低照度や悪天候などの過酷な条件では機能することが困難です。熱支援検出および測距技術と組み合わせることで、当社の分光偏光熱画像カメラは、こうした困難な状況でも重要な情報を提供し、RGBや従来の熱画像カメラよりも鮮明な画像を提供できます。リアルタイムのビデオキャプチャが実現すると、この技術はシーンの認識を大幅に改善し、全体的な安全性。」
小型カメラでより多くのことができる
長波赤外分光偏光イメージングは、ナイトビジョン、マシンビジョン、微量ガス検知、サーマルイメージングなどのアプリケーションにとって重要です。しかし、今日のスペクトル極長波長赤外線イメージャは大きく、スペクトル解像度と視野が限られています。
これらの制限を克服するために、研究者は大面積の要素表面、つまり複雑な方法で光を操作できる極薄構造の表面に注目しています。彼らは、赤外線応答を調整した回転分散メタサーフェスを設計した後、これらのメタサーフェスを使用してイメージング用途に適した大面積 (直径 2.5 cm) の回転デバイスを作成できる製造プロセスを開発しました。結果として得られる回転スタックの寸法は 10x10x10 cm 未満で、従来の赤外線カメラで使用できます。
「これらの大面積要素光学デバイスを計算によるイメージングアルゴリズムと組み合わせることで、熱放射スペクトルを効率的に再構築することができます。これにより、スペクトル極熱イメージングシステムは以前のシステムよりもコンパクトで堅牢かつ効率的になります。」
熱画像を使用して材料を分類する
新しいシステムを評価するために、研究者らは、それぞれが独自のスペクトル極特性を持つさまざまな材料と微細構造を使用して「パデュー大学」と名付けました。システムによって取得されたスペクトル極座標情報を使用して、異なる物質と物体を正確に区別しました。また、システムの材料分類精度が従来の熱画像法と比較して 3 倍高いことも実証し、システムの有効性と多用途性を強調しました。
研究者らは、この新しい方法は詳細な熱画像を必要とする用途に特に役立つと述べている。 「例えば、セキュリティ分野では、人に隠されたアイテムや物質を検出することで空港システムに革命を起こすことができる」とWang Xueji氏は述べた。 「さらに、コンパクトで頑丈な設計により、さまざまな環境条件での適用性が向上し、自律ナビゲーションなどの用途に特に有益です。」
研究者らは、このシステムをビデオキャプチャに利用することに加えて、この技術のスペクトル解像度、伝送効率、画像キャプチャと処理速度の向上にも取り組んでいます。彼らはまた、より複雑な光の操作を可能にし、より高いスペクトル解像度を実現するためにメタサーフェスの設計を改善することも計画しています。さらに、メタサーフェススタックの使用により高温物体へのこの方法の適用が制限されるため、彼らはこの方法を室温イメージングにも拡張したいと考えている。彼らは、この目標を達成するために、改良された材料、メタサーフェス設計、反射防止コーティングなどの技術を使用する予定です。
/ScitechDaily から編集