Systém bez objektivu produkuje ostré polovině infračervené obrázky i při slabém osvětlení a na velké vzdálenosti a vytváří nové příležitosti pro zlepšené noční vidění, průmyslové inspekce a monitorování životního prostředí.
Na základě staletého principu zobrazování dírky si vědci vyvinuli vysoce výkonný zobrazovací systém střední infračervené infragery, který pracuje bez čoček. Tento nový fotoaparát je schopen produkovat výjimečně ostré obrazy na širokém rozsahu vzdáleností a za nízkých světelných podmínek, takže je vhodný pro prostředí, kde se konvenční kamery často potýkají.
„Mnoho užitečných signálů je v polovině infračervenosti, jako jsou teplo a molekulární otisky prstů, ale kamery pracující na těchto vlnových délkách jsou často hlučné, drahé nebo vyžadují ochlazování,“ řekl vedoucí výzkumného týmu Heping Zeng z East China Normal University. „Tradiční nastavení založené na čočkách má navíc omezenou hloubku ostrosti a potřebuje pečlivý design, abychom minimalizovali optické zkreslení. Vyvinuli jsme vysokou citlivost, přístup bez objektivu, který poskytuje mnohem větší hloubku pole a zorné pole než jiné systémy.“
V příspěvku zveřejněném v časopise OPTICKÝTým nastiňuje, jak používají světlo k vytvoření malého „optického dírku“ uvnitř nelineárního krystalu. Tento krystal také převádí infračervený obraz na viditelný obraz. S touto technikou vytvořili čiré polovině infračervené obrázky s hloubkou pole větší než 35 cm a zorné pole přesahující 6 cm. Stejné nastavení jim také umožnilo zachytit 3D obrázky.
„Tento přístup může zvýšit noční bezpečnost, kontrolu kvality průmyslové kvality a monitorování životního prostředí,“ řekl člen výzkumného týmu Kun Huang z East China Normal University. „A protože používá jednodušší optiku a standardní senzory křemíku, mohlo by to nakonec zvýšit dostupnější, přenosnější a energeticky účinnější infračervené zobrazovací systémy. Terahertz vlnové délky, kde je obtížné vyrábět nebo fungovat. “
Pinhole Imaging reimaginoval
Pinhole Imaging je jednou z prvních známých metod vytváření obrázků, poprvé popsaný čínským filozofem Mozi ve 4. století před naším letopočtem. V tradiční dírkové kameře vstupuje světlo malým otvorem v uzavřené krabici a promítá obrácený obraz vnější scény na vnitřní povrch naproti díře. Na rozdíl od systémů, které se spoléhají na čočky, zobrazování dírky netrpí zkreslením, nabízí neomezenou hloubku ostrosti a funkce napříč širokým spektrem vlnových délek.
Pro přizpůsobení těchto výhod pro moderní infračervené zobrazování použil výzkumný tým pro generování „optické díry“ nebo umělé clony v nelineárním krystalu. Díky jedinečným optickým vlastnostem krystalu je infračervený obraz přeměněn na viditelné světlo, což umožňuje zachytit konvenční křemíkovou kameru.
https://www.youtube.com/watch?v=huzmodatoye
Video ukazuje zobrazovací systém s polovinou infračerveného infraálu zachycující jasné obrazy testovacího cíle rozlišení, protože je pohybován 9 cm daleko, což ukazuje na velkou schopnost hloubky konfigurace bez objektivu. Kredit: Kun Huang, East China Normal University
Podle vědců byl pro vytváření širokého zorného pole zásadní speciálně inženýrský krystal se strukturou chirped-periody-schopný přijímat světlo z mnoha různých úhlů. Metoda detekce upkonverze navíc přirozeně snižuje šum, což umožňuje systému efektivně fungovat i za velmi nízkých světelných podmínek.
„Nelineární zobrazení čoček bez čočky je praktický způsob, jak dosáhnout bezpodmínečného polního zobrazení s vysokou citlivostí s vysokou citlivostí,“ řekl Huang. „Synchronizované laserové impulsy ultrashort také poskytují vestavěnou ultrarychlou optickou časovou bránu, kterou lze použít pro citlivé zobrazování hloubky času, a to i s velmi málo fotonů.“
Poté, co zjistil, že optický poloměr dírky asi 0,20 mm vytvořil ostré, dobře definované detaily, vědci použili tuto velikost clony k obrazovým cílům, které byly 11 cm, 15 cm a 19 cm daleko. Dosáhli ostrého zobrazování na vlnové délce střední infračervenosti 3,07 μm na všech vzdálenostech, což potvrzuje velký rozsah hloubky. Byli také schopni udržovat ostré obrazy pro objekty umístěné až 35 cm daleko, což prokazuje velkou hloubku ostrosti.
3D zobrazování bez čoček
Vyšetřovatelé poté použili své nastavení pro dva typy 3D zobrazování. Pro 3D časní zobrazení letu zobrazovali matný keramický králíka pomocí synchronizovaných ultrarychlých impulsů jako optické brány a dokázali rekonstruovat 3D tvar s axiální přesností na úrovni mikronu. I když byl vstup snížen na asi 1,5 fotony na puls-simuluje velmi nízké osvětlení-metoda stále produkovala 3D obrazy po denoizi založené na korelaci.
Provedli také dvě hloubkové zobrazování sNAPSHOT pořízením dvou fotografií naskládaného cíle „ECNU“ na mírně odlišných vzdálenostech objektu a pomocí těch pro výpočet skutečných velikostí a hloubky. Díky této metodě byli schopni měřit hloubku objektů v rozsahu asi 6 centimetrů, aniž by používali komplexní pulzní časovací techniky.
Vědci poznamenávají, že nelineární zobrazovací systém pro nelineární dírku je stále důkazem konceptu, který vyžaduje relativně složité a objemné nastavení laseru. Vzhledem k tomu, že se však vyvíjejí nové nelineární materiály a integrované zdroje světla, měla by se technologie stát mnohem kompaktnější a snadnější nasazení.
Nyní pracují na tom, aby byl systém rychlejší, citlivější a přizpůsobitelný různým zobrazovacím scénářům. Mezi jejich plány patří efektivita převodu zvýšení konverze, přidání dynamické ovládání k přetvoření optického dírku pro různé scény a rozšíření provozu fotoaparátu v širším rozsahu středního infraádu.
Offerované: „Noonarflem II, Yanan, podšívka Fen, Heep a Jianan Fang, OPTICKÝ.
Dva: 10.1364/Optics.566042
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
