Sistem bebas lensa menghasilkan gambar inframerah tengah yang tajam bahkan dalam cahaya rendah dan jarak jauh, menciptakan peluang baru untuk peningkatan penglihatan malam, inspeksi industri, dan pemantauan lingkungan.
Menggambar pada prinsip pencitraan lubang jarum yang sudah berabad-abad, para peneliti telah mengembangkan sistem pencitraan inframerah menengah berkinerja tinggi yang beroperasi tanpa lensa. Kamera baru ini mampu menghasilkan gambar yang sangat tajam di berbagai jarak dan dalam kondisi cahaya rendah, membuatnya cocok untuk lingkungan di mana kamera konvensional sering berjuang.
“Banyak sinyal yang berguna berada di mid-inframerah, seperti sidik jari panas dan molekuler, tetapi kamera yang bekerja pada panjang gelombang ini seringkali berisik, mahal, atau membutuhkan pendinginan,” kata pemimpin tim peneliti Heping Zeng dari East China Normal University. “Selain itu, pengaturan berbasis lensa tradisional memiliki kedalaman bidang terbatas dan perlu desain yang cermat untuk meminimalkan distorsi optik. Kami mengembangkan sensitivitas tinggi, pendekatan bebas lensa yang memberikan kedalaman bidang dan bidang pandang yang jauh lebih besar daripada sistem lain.”
Dalam makalah yang diterbitkan di jurnal Optiktim menguraikan bagaimana mereka menggunakan cahaya untuk membuat “lubang jarum optik” kecil di dalam kristal nonlinier. Kristal ini juga mengubah gambar inframerah menjadi yang terlihat. Dengan teknik ini, mereka menghasilkan gambar inframerah tengah yang jelas yang menampilkan kedalaman bidang yang lebih besar dari 35 cm dan bidang pandang melebihi 6 cm. Pengaturan yang sama juga memungkinkan mereka untuk menangkap gambar 3D.
“Pendekatan ini dapat meningkatkan keselamatan malam hari, kontrol kualitas industri, dan pemantauan lingkungan,” kata anggota tim peneliti Kun Huang dari East China Normal University. “Dan karena menggunakan optik yang lebih sederhana dan sensor silikon standar, pada akhirnya dapat membuat sistem pencitraan inframerah lebih terjangkau, portabel, dan hemat energi. Bahkan dapat diterapkan dengan pita spektral lain seperti inframerah-jauh atau Terahertz panjang gelombang, di mana lensa sulit dibuat atau berkinerja buruk. ”
Pencitraan lubang jarum ditata ulang
Pencitraan lubang jarum adalah salah satu metode paling awal yang diketahui untuk membuat gambar, pertama kali dijelaskan oleh filsuf Tiongkok Mozi pada abad ke -4 SM. Dalam kamera lubang jarum tradisional, cahaya masuk melalui lubang kecil di kotak tertutup dan memproyeksikan gambar terbalik dari adegan luar ke permukaan bagian dalam di seberang lubang. Tidak seperti sistem yang mengandalkan lensa, pencitraan lubang jarum tidak menderita distorsi, menawarkan kedalaman bidang yang tidak terbatas, dan fungsi -fungsi di seluruh spektrum panjang gelombang yang luas.
Untuk menyesuaikan manfaat ini untuk pencitraan inframerah modern, tim peneliti menggunakan laser yang kuat untuk menghasilkan “lubang optik,” atau aperture buatan, dalam kristal nonlinier. Berkat sifat optik yang unik dari Crystal, gambar inframerah dikonversi menjadi cahaya yang terlihat, memungkinkannya ditangkap oleh kamera silikon konvensional.
https://www.youtube.com/watch?v=huzmodatoye
Video ini menunjukkan sistem pencitraan inframerah tengah yang menangkap gambar yang jelas dari target uji resolusi saat dipindahkan 9 cm jauhnya, menunjukkan kemampuan kedalaman bidang yang besar dari konfigurasi lensa. Kredit: Kun Huang, Universitas Normal Tiongkok Timur
Menurut para peneliti, kristal yang direkayasa khusus dengan struktur periode berkicau-mampu menerima cahaya dari berbagai sudut-penting untuk menciptakan bidang pandang yang luas. Selain itu, metode deteksi upkonversi secara alami mengurangi noise, memungkinkan sistem untuk berkinerja secara efektif bahkan dalam kondisi cahaya yang sangat rendah.
“Pencitraan lubang jarum nonlinier tanpa lensa adalah cara praktis untuk mencapai pencitraan inframerah-mid-inframerah yang bebas distorsi, kedalaman besar, luas,” kata Huang. “Pulsa laser ultrashort yang disinkronkan juga menyediakan gerbang waktu optik ultrafast built-in yang dapat digunakan untuk pencitraan kedalaman yang sensitif, waktu penerbangan, bahkan dengan sangat sedikit foton.”
Setelah mencari tahu bahwa jari-jari lubang jarum optik sekitar 0,20 mm menghasilkan detail yang tajam dan terdefinisi dengan baik, para peneliti menggunakan ukuran aperture ini untuk target gambar yang berjarak 11 cm, 15 cm, dan 19 cm. Mereka mencapai pencitraan tajam pada panjang gelombang inframerah tengah 3,07 μm, di semua jarak, mengkonfirmasi rentang kedalaman yang besar. Mereka juga dapat menjaga gambar tetap tajam untuk benda -benda yang ditempatkan hingga 35 cm, menunjukkan kedalaman bidang yang besar.
Pencitraan 3D tanpa lensa
Para peneliti kemudian menggunakan pengaturan mereka untuk dua jenis pencitraan 3D. Untuk pencitraan waktu penerbangan 3D, mereka mencitrakan kelinci keramik matte dengan menggunakan pulsa ultrafast yang disinkronkan sebagai gerbang optik dan mampu merekonstruksi bentuk 3D dengan presisi aksial tingkat mikron. Bahkan ketika input dikurangi menjadi sekitar 1,5 foton per pulsa-mensimulasikan kondisi cahaya yang sangat rendah-metode ini masih menghasilkan gambar 3D setelah denoising berbasis korelasi.
Mereka juga melakukan pencitraan kedalaman dua-snapshot dengan mengambil dua gambar target “ECNU” yang ditumpuk pada jarak objek yang sedikit berbeda dan menggunakannya untuk menghitung ukuran dan kedalaman yang sebenarnya. Dengan metode ini, mereka dapat mengukur kedalaman objek pada kisaran sekitar 6 sentimeter, tanpa menggunakan teknik waktu berdenyut kompleks.
Para peneliti mencatat bahwa sistem pencitraan lubang jarum non-linier-inframerah tengah masih merupakan bukti konsep yang membutuhkan pengaturan laser yang relatif kompleks dan besar. Namun, ketika bahan nonlinier baru dan sumber cahaya terintegrasi dikembangkan, teknologi ini harus menjadi jauh lebih kompak dan lebih mudah digunakan.
Mereka sekarang bekerja untuk membuat sistem lebih cepat, lebih sensitif, dan mudah beradaptasi dengan skenario pencitraan yang berbeda. Rencana mereka termasuk meningkatkan efisiensi konversi, menambahkan kontrol dinamis untuk membentuk kembali lubang jarum optik untuk adegan yang berbeda, dan memperluas operasi kamera melintasi rentang inframerah tengah yang lebih luas.
Terbuak: “Noonarflem II, Yanan, Lining Fen, Heep dan Jianan Fang, Optik.
Dua: 10.1364/Optik.566042
Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan buletin ScitechDaily.
BN Babel
