Sistem lensa -bebas menghasilkan gambar inframerah menengah yang tajam bahkan dalam cahaya jarak rendah dan jauh, menciptakan peluang baru untuk meningkatkan penglihatan malam, inspeksi industri, dan pemantauan lingkungan.
Menggambar pada prinsip pencitraan berabad-abad, para peneliti telah mengembangkan sistem pencitraan inframerah berkinerja tinggi yang beroperasi tanpa lensa. Kamera baru ini mampu menghasilkan gambar yang sangat tajam pada berbagai jarak dan dalam kondisi cahaya rendah, membuatnya cocok untuk lingkungan di mana kamera konvensional sering berjuang.
“Banyak sinyal yang berguna berada di tengah kerangka, seperti sidik jari panas dan molekuler, tetapi kamera yang bekerja pada panjang gelombang ini seringkali berisik, mahal, atau perlu pendinginan,” kata pemimpin tim peneliti yang memiliki Zeng dari Universitas Normal Tiongkok Timur. “Selain itu, pengaturan berbasis lensa tradisional memiliki kedalaman bidang terbatas dan membutuhkan desain yang cermat untuk meminimalkan distorsi optik. Kami mengembangkan sensitivitas tinggi, pendekatan bebas lensa yang menyediakan bidang bidang dan bidang pandang yang jauh lebih besar.”
Dalam makalah yang diterbitkan di jurnal OptikTim menggambarkan bagaimana mereka menggunakan cahaya untuk membuat “lubang jarum optik” kecil dalam kristal nonlinier. Kristal ini juga mengubah gambar inframerah menjadi 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, kontrol kualitas industri, dan pemantauan lingkungan,” kata anggota tim riset 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 lainnya seperti inframerah-inframerah Terehertz Panjang gelombang, di mana lensa sulit dibuat atau berkinerja buruk. ”
Lubang Sepotong yang Diatur Re
Pencitraan jarum adalah salah satu metode paling awal yang diketahui 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 dalam kotak tertutup dan memproyeksikan gambar terbalik dari adegan luar ke permukaan bagian dalam melintasi lubang. Tidak seperti sistem yang bergantung pada lensa, pencitraan jarum tidak menderita distorsi, menawarkan kedalaman bidang tanpa batas, dan fungsi dalam semua 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 kristal, 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 pusat yang menangkap gambar yang jelas dari target uji resolusi ketika dipindahkan 9 cm jauhnya, menunjukkan kapasitas besar konfigurasi lensa. Kredit: Kun Huang, Universitas Normal Tiongkok Timur
Menurut para peneliti, kristal yang direkayasa khusus dengan struktur periode Twitter menerima cahaya dari berbagai sudut untuk membuat bidang pandang yang luas. Selain itu, metode deteksi upkonversi secara alami mengurangi kebisingan, memungkinkan sistem untuk berkinerja secara efektif bahkan dalam kondisi cahaya yang sangat rendah.
“Pencitraan jarum nonlinier tanpa lensa adalah cara praktis untuk mencapai daerah inframerah-inframerah-inframerah yang bebas dari distorsi, kedalaman besar, luas,” kata Huang. “Pulsa laser ultrashort yang disinkronkan juga menyediakan gerbang optik ke built-in ultrafast yang dapat digunakan untuk pencitraan kedalaman sensitif, waktu penerbangan, bahkan dengan sangat sedikit foton.”
Setelah mengetahui bahwa jari-jari jarum optik sekitar 0,20 mm menghasilkan detail yang tajam dan jelas, para peneliti menggunakan ukuran apertur ini untuk gambar target yang berupa 11 cm, 15 cm dan 19 cm. Mereka mencapai pencitraan tajam pada panjang gelombang inframerah tengah 3,07 μm, pada semua jarak, mengkonfirmasi rentang kedalaman yang besar. Mereka juga dapat menjaga gambar tajam untuk benda yang ditempatkan hingga 35 cm, menunjukkan kedalaman bidang besar.
Gambar 3D tanpa lensa
Para peneliti kemudian menggunakan pengaturan mereka untuk dua jenis pencitraan 3D. Untuk pencitraan waktu penerbangan 3D, mereka mencitrakan kelinci keramik matte menggunakan pulsa ultrafast yang disinkronkan sebagai gerbang optik dan mampu merekonstruksi bentuk 3D dengan presisi aksial pada tingkat mikron. Bahkan ketika input dikurangi menjadi sekitar 1,5 foton per pemuatan pulsa kondisi cahaya yang sangat rendah-metode ini masih menghasilkan gambar 3D setelah denoising berbasis korelasi.
Mereka juga membayangkan kedalaman dua-snapshot dengan mengambil dua gambar target “ECNU” yang ditumpuk pada jarak objek yang sedikit berbeda dan menggunakannya untuk menghitung ukuran dan kedalaman aktual. Dengan metode ini, mereka dapat mengukur kedalaman objek dalam kisaran sekitar 6 sentimeter, tanpa menggunakan teknik waktu berdenyut yang kompleks.
Para peneliti mencatat bahwa sistem pencitraan potongan tengah non-linear-inframe masih merupakan bukti konsep yang membutuhkan regulasi laser yang relatif kompleks dan besar. Namun, ketika bahan nonlinier baru dan sumber cahaya terintegrasi dikembangkan, teknologi ini harus 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 di seluruh rentang inframerah menengah yang lebih luas.
Explusing: “Noonarflem II, Yanan, Lapisan Fen, Heep dan Jianan Fang, Optik.
Dua: 10.1364/optik.566042
Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan Buletin ScitechDaily.
NewsRoom.id
