Les chercheurs ont créé une nouvelle technique d’imagerie thermique utilisant des dispositifs méta-optiques. Cette approche fournit des informations plus détaillées sur l'objet photographié, élargissant potentiellement les applications de l'imagerie thermique dans la navigation autonome, la sécurité, l'imagerie thermique, l'imagerie médicale et la télédétection.
"Notre méthode surmonte les défis des imageurs thermiques spectraux traditionnels, qui sont souvent volumineux et sophistiqués car ils reposent sur de grandes roues à filtres ou interféromètres", a déclaré Zubin Jacob, chef de l'équipe de recherche de l'Université Purdue. "Nous avons combiné un équipement méta-optique et des algorithmes d'imagerie informatique de pointe pour créer un système à la fois compact et robuste, tout en ayant un large champ de vision."
Dans Optica, la revue de recherche à fort impact d'Optics Publishing Group, les auteurs décrivent leur nouveau système de décomposition de polarisation spectrale, qui utilise un empilement de surfaces d'éléments rotatifs pour décomposer la lumière thermique en composants spectraux et de polarisation. De cette manière, le système d'imagerie peut capturer les détails spectraux et de polarisation du rayonnement thermique en plus des informations sur l'intensité acquises par les techniques d'imagerie thermique traditionnelles.
L'étude des chercheurs montre que le nouveau système peut être utilisé avec des caméras thermiques commerciales pour classer avec succès une variété de matériaux, ce qui constitue souvent une tâche difficile pour les caméras thermiques traditionnelles. Cette méthode permet de distinguer les changements de température et d'identifier les matériaux sur la base de signatures de polarisation spectrale, contribuant ainsi à améliorer la sécurité et l'efficacité dans diverses applications, notamment la navigation autonome.
Xueji Wang, premier auteur de cet article et chercheur postdoctoral à l'Université Purdue, a déclaré : « Les méthodes de navigation autonomes traditionnelles reposent principalement sur des caméras RVB, qui sont difficiles à fonctionner dans des conditions difficiles telles que la faible luminosité ou le mauvais temps. Combinée à la technologie de détection et de télémétrie à assistance thermique, notre caméra thermique à polarisation spectrale peut fournir des informations importantes dans ces situations difficiles, fournissant des images plus claires que les caméras RVB ou thermiques traditionnelles.
Faites-en plus avec un appareil photo plus petit
L’imagerie de polarisation par spectroscopie infrarouge à ondes longues est essentielle pour des applications telles que la vision nocturne, la vision industrielle, la détection de gaz traces et l’imagerie thermique. Cependant, les imageurs infrarouges spectraux polaires à ondes longues actuels sont volumineux et ont une résolution spectrale et un champ de vision limités.
Pour surmonter ces limites, les chercheurs se tournent vers des surfaces d'éléments de grande surface, des surfaces structurées ultra fines capables de manipuler la lumière de manière complexe. Après avoir conçu des métasurfaces dispersives rotatives avec des réponses infrarouges adaptées, ils ont développé un processus de fabrication qui peut utiliser ces métasurfaces pour créer des dispositifs rotatifs de grande surface (2,5 cm de diamètre) adaptés aux applications d'imagerie. La pile rotative résultante mesure moins de 10 x 10 x 10 cm et peut être utilisée avec des caméras infrarouges traditionnelles.
"La combinaison de ces dispositifs optiques à éléments de grande surface avec des algorithmes d'imagerie informatique permet de reconstruire efficacement les spectres de rayonnement thermique. Cela rend les systèmes d'imagerie thermique polaire spectrale plus compacts, robustes et efficaces que les systèmes précédents."
Utiliser l'imagerie thermique pour classer les matériaux
Pour évaluer leur nouveau système, les chercheurs ont épelé « Purdue University » en utilisant une variété de matériaux et de microstructures, chacun possédant des propriétés polaires spectrales uniques. En utilisant les informations de coordonnées polaires spectrales acquises par le système, ils ont pu distinguer avec précision différents matériaux et objets. Ils ont également démontré que la précision de classification des matériaux du système était trois fois supérieure à celle des méthodes d'imagerie thermique traditionnelles, soulignant ainsi l'efficacité et la polyvalence du système.
Les chercheurs affirment que la nouvelle méthode sera particulièrement utile pour les applications nécessitant une imagerie thermique détaillée. « Par exemple, dans le domaine de la sécurité, cela peut révolutionner les systèmes aéroportuaires en détectant des objets ou des substances cachés sur les personnes », a déclaré Wang Xueji. « De plus, sa conception compacte et robuste améliore son applicabilité dans différentes conditions environnementales, ce qui la rend particulièrement avantageuse pour des applications telles que la navigation autonome. »
En plus d'utiliser le système pour la capture vidéo, les chercheurs travaillent également à améliorer la résolution spectrale de la technologie, l'efficacité de la transmission ainsi que la vitesse de capture et de traitement des images. Ils prévoient également d’améliorer la conception de la métasurface pour permettre une manipulation plus complexe de la lumière, ce qui se traduirait par une résolution spectrale plus élevée. De plus, ils espèrent étendre la méthode à l’imagerie à température ambiante, puisque l’utilisation de piles de métasurfaces limite l’application de la méthode aux objets à haute température. Ils prévoient d'utiliser des technologies telles que des matériaux améliorés, une conception de méta-surface et des revêtements antireflet pour atteindre cet objectif.
Compilé à partir de /ScitechDaily