Les chercheurs ont utilisé l'idée séculaire de l'imagerie au sténopé pour créer un système d'imagerie infrarouge médio-infrarouge haute performance sans objectif. La nouvelle caméra peut capturer des images extrêmement claires sur une large gamme de distances et en basse lumière, ce qui le rend utile pour des situations difficiles pour les caméras traditionnelles.
« De nombreux signaux utiles sont dans le milieu infrarouge, tels que la chaleur et les empreintes digitales moléculaires, mais les caméras fonctionnant à ces longueurs d'onde sont souvent bruyantes, coûteuses ou nécessitent un refroidissement, » Le chef de l'équipe de recherche Heping Zeng de l'East China Normal University. « De plus, les configurations traditionnelles basées sur l'objectif ont une profondeur de champ limitée et ont besoin d'une conception minutieuse pour minimiser les distorsions optiques. Nous avons développé une approche sans sensibilité à haute sensibilité qui offre une profondeur de vision beaucoup plus importante que les autres systèmes. »
Écrire Opticales chercheurs décrivent comment ils utilisent la lumière pour former un minuscule « sténopé optique » À l'intérieur d'un cristal non linéaire, qui transforme également l'image infrarouge en une image visible. En utilisant cette configuration, ils ont acquis des images claires infrarouges moyennes avec une profondeur de champ de plus de 35 cm et un champ de vision de plus de 6 cm. Ils ont également pu utiliser le système pour acquérir des images 3D.
« Cette approche peut améliorer la sécurité nocturne, le contrôle de la qualité industrielle et la surveillance environnementale, » Le membre du membre de l'équipe de recherche Kun Huang de l'East China Normal University. « Et parce qu'il utilise l'optique plus simple et les capteurs de silicium standard, il pourrait éventuellement rendre les systèmes d'imagerie infrarouge plus abordables, portables et économe en énergie. Il peut même être appliqué avec d'autres bandes spectrales telles que les longueurs d'onde Far-infrarouge ou Terahertz, où les lentilles sont difficiles à fabriquer ou à performer. »
Imagerie de trou de pin repensée
L'imagerie à pinceau est l'une des plus anciennes méthodes d'image, décrites pour la première fois par le philosophe chinois Mozi au 4ème siècle avant JC. Une caméra à troubles traditionnelle fonctionne en laissant la lumière passer à travers un petit trou dans une boîte claire, projetant une image inversée de la scène extérieure sur la surface opposée à l'intérieur. Contrairement à l'imagerie basée sur l'objectif, l'imagerie à pinceau évite la distorsion, a une profondeur de champ infinie et fonctionne à travers une large gamme de longueurs d'onde.
Pour apporter ces avantages à un système d'imagerie infrarouge moderne, les chercheurs ont utilisé un laser intense pour former un trou optique ou une ouverture artificielle, à l'intérieur d'un cristal non linéaire. En raison de ses propriétés optiques spéciales, le cristal convertit l'image infrarouge en lumière visible, de sorte qu'une caméra en silicium standard peut l'enregistrer.
Les chercheurs disent que l'utilisation d'un cristal spécialement conçu avec une structure de périoode gazeuse, qui peut accepter les rayons lumineux à partir d'un large éventail de directions, était la clé pour atteindre un large champ de vision. De plus, la méthode de détection de conversion ascendante supprime naturellement le bruit, ce qui lui permet de fonctionner même dans des conditions de lumière très faible.
« L'imagerie à trouble non linéaire sans lentille est un moyen pratique de réaliser une imagerie infrarouge moyenne sans distorsion, à grande profondeur, large de vue, avec une sensibilité élevée, » dit Huang. « Les impulsions laser synchronisées ultra-collées fournissent également une porte temporelle optique ultrafast intégrée qui peut être utilisée pour l'imagerie sensible de la profondeur du temps de vol, même avec très peu de photons. »
Après avoir déterminé qu'un rayon de trou de pin optique d'environ 0,20 mm produisait des détails nets et bien définis, les chercheurs ont utilisé cette taille d'ouverture pour image cibles de 11 cm, 15 cm et 19 cm de distance. Ils ont obtenu une imagerie nette à la longueur d'onde infrarouge moyenne de 3,07 μm, sur toutes les distances, confirmant une grande plage de profondeur. Ils ont également pu garder les images nettes pour les objets placés jusqu'à 35 cm, démontrant une grande profondeur de champ.
Imagerie 3D sans lentilles
Les enquêteurs ont ensuite utilisé leur configuration pour deux types d'imagerie 3D. Pour l'imagerie du temps de vol 3D, ils ont imaginé un lapin en céramique mate en utilisant des impulsions ultra-rapides synchronisées comme porte optique et ont pu reconstruire la forme 3D avec une précision axiale au niveau micron. Même lorsque l'entrée a été réduite à environ 1,5 photons par impulsion – simulant des conditions de très faible lumière – la méthode a encore produit des images 3D après un débraillage basé sur la corrélation.
Ils ont également effectué une imagerie de profondeur à deux snapshot en prenant deux photos d'un empilé « ECNU » cible à des distances d'objet légèrement différentes et en utilisant celles pour calculer les tailles et les profondeurs réelles. Avec cette méthode, ils ont pu mesurer la profondeur des objets sur une plage d'environ 6 centimètres, sans utiliser de techniques de synchronisation pulsée complexes.
Les chercheurs notent que le système d'imagerie de trou de trou non linéaire infrarouge moyen est toujours une preuve de concept qui nécessite une configuration laser relativement complexe et volumineuse. Cependant, à mesure que de nouveaux matériaux non linéaires et des sources d'éclairage intégrées sont développées, la technologie devrait devenir beaucoup plus compacte et plus facile à déployer.
Ils travaillent maintenant pour rendre le système plus rapide, plus sensible et adaptable à différents scénarios d'imagerie. Leurs plans comprennent une augmentation de l'efficacité de conversion, l'ajout de contrôle dynamique pour remodeler le trou de sloo optique pour différentes scènes et prolonger le fonctionnement de la caméra à travers une plage infrarouge moyenne plus large.
