La revolucionaria tecnología metaóptica transforma la imagen térmica

La revolucionaria tecnología metaóptica transforma la imagen térmica

Ilustración de la pila de metasuperficie

Los investigadores utilizaron una pila de dispositivos giratorios de metasuperficie para capturar los detalles espectrales y de polarización de la radiación térmica, así como la información de intensidad adquirida con imágenes térmicas tradicionales. Crédito: Xueji Wang, Universidad Purdue

Al recopilar datos térmicos más complejos, este nuevo método podría mejorar la navegación autónoma, el reconocimiento de materiales, la seguridad y otras aplicaciones.

Los investigadores han creado una nueva tecnología utilizando dispositivos metaópticos para imágenes térmicas. Este método proporciona información más detallada sobre los objetos fotografiados, lo que podría ampliar las aplicaciones de las imágenes térmicas en la navegación autónoma, la seguridad, la termografía, las imágenes médicas y la teledetección.

“Nuestro método supera los desafíos de las cámaras termográficas espectrales tradicionales, que a menudo son grandes y delicadas debido a su dependencia de grandes ruedas de filtros o interferómetros”, dijo Zubin Jacob, jefe del equipo de investigación de la Universidad Purdue. “Hemos combinado dispositivos metaópticos y algoritmos de imágenes por computadora de última generación para crear un sistema que es a la vez compacto y robusto y, al mismo tiempo, tiene un amplio campo de visión”.

Dentro ÓPTICO, la revista de Optica Publishing Group para investigaciones de alto impacto, los autores describen su novedoso sistema de descomposición espectropolarimétrica, que utiliza una pila de metasuperficies giratorias para descomponer la luz térmica en sus componentes espectrales y polarimétricos. Esto permite que el sistema de imágenes capture los detalles espectrales y de polarización de la radiación térmica, además de la información de intensidad adquirida con las imágenes térmicas tradicionales.

Los investigadores demostraron que el nuevo sistema se puede utilizar con una cámara térmica comercial para clasificar con éxito diversos materiales, una tarea que suele ser difícil para las cámaras térmicas convencionales. La capacidad del método para distinguir variaciones de temperatura e identificar materiales basándose en firmas espectropolarimétricas podría ayudar a mejorar la seguridad y la eficiencia para diversas aplicaciones, incluida la navegación autónoma.

Configuración de imágenes de pila de Metasurface

La pila de metasuperficies giratorias descompone la luz térmica en sus componentes espectrales y polarimétricos. Los investigadores combinaron la pila de metasuperficie con una cámara infrarroja tradicional de onda larga y algoritmos de imágenes computacionales para crear un sistema de imágenes térmicas espectrales compacto y robusto. Crédito:
Xueji Wang, Universidad Purdue

“Los enfoques tradicionales de navegación autónoma dependen en gran medida de las cámaras RGB, que luchan en condiciones difíciles como poca luz o mal tiempo”, dijo el primer autor del artículo, Xueji Wang, investigador postdoctoral en la Universidad Purdue. “Cuando se integra con tecnología de detección y alcance asistida por calor, nuestra cámara térmica espectropolarimétrica puede proporcionar información vital en estos escenarios desafiantes, brindando imágenes más claras que las cámaras térmicas o RGB convencionales. Una vez que logremos la captura de video en tiempo real, la tecnología podría mejorar significativamente el conocimiento de la escena y la seguridad general.

Haga más con una cámara más pequeña

Las imágenes espectropolarimétricas infrarrojas de onda larga son cruciales para aplicaciones como visión nocturna, visión artificial, detección de gases traza y termografía. Sin embargo, los generadores de imágenes espectropolarimétricos infrarrojos de onda larga actuales son voluminosos y limitados en términos de resolución espectral y campo de visión.

Para superar estas limitaciones, los investigadores han recurrido a metasuperficies de gran superficie, superficies estructuradas ultrafinas capaces de manipular la luz de formas complejas. Después de diseñar metasuperficies dispersivas giratorias con respuestas infrarrojas adecuadas, desarrollaron un proceso de fabricación que hizo posible utilizar estas metasuperficies para crear dispositivos giratorios de gran superficie (2,5 cm de diámetro) adecuados para aplicaciones de imágenes. La pila giratoria resultante mide menos de 10 x 10 x 10 cm y se puede utilizar con una cámara infrarroja tradicional.

“La integración de estos dispositivos metaópticos de gran área con algoritmos de imágenes computacionales ha facilitado la reconstrucción eficiente del espectro de radiación térmica”, dijo Wang. “Esto creó un sistema de imágenes térmicas espectropolarimétricas más compacto, más robusto y más eficiente de lo que era posible anteriormente”.

Clasificación de materiales mediante termografía.

Para evaluar su nuevo sistema, los investigadores deletrearon “Purdue” utilizando varios materiales y microestructuras, cada uno con propiedades espectropolarimétricas únicas. Gracias a la información espectropolarimétrica adquirida con el sistema, distinguieron con precisión los diferentes materiales y objetos. También demostraron un aumento tres veces mayor en la clasificación de materiales.

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