Une équipe de chercheurs a mis au point une technologie inédite qui utilise des méta-dispositifs optiques pour réaliser de l’imagerie thermique. Cette méthode offre une information plus riche sur les objets imagés, ce qui pourrait élargir l’utilisation de l’imagerie thermique dans des domaines tels que la navigation autonome, la sécurité, la thermographie, l’imagerie médicale et la télédétection.
« Notre méthode surmonte les défis des imageurs thermiques spectraux traditionnels, qui sont souvent encombrants et délicats en raison de leur dépendance à de grandes roues de filtres ou d’interféromètres », a déclaré le chef de l’équipe de recherche, Zubin Jacob, de l’Université Purdue. « Nous avons combiné des méta-dispositifs optiques et des algorithmes d’imagerie computationnelle de pointe pour créer un système à la fois compact et robuste tout en ayant un grand champ de vision. »
Dans Optica, les auteurs décrivent leur nouveau système de décomposition spectro-polarimétrique, qui utilise une pile de méta-surfaces en rotation pour décomposer la lumière thermique en ses composants spectraux et polarimétriques. Cela permet au système d’imagerie de capturer les détails spectraux et de polarisation du rayonnement thermique en plus de l’information d’intensité qui est acquise avec l’imagerie thermique traditionnelle.
Une technologie prometteuse pour la navigation autonome
Les chercheurs ont montré que le nouveau système peut être utilisé avec une caméra thermique commerciale pour classer avec succès divers matériaux, une tâche généralement difficile pour les caméras thermiques conventionnelles. La capacité de la méthode à distinguer les variations de température et à identifier les matériaux sur la base de signatures spectro-polarimétriques pourrait aider à améliorer la sécurité et l’efficacité pour une variété d’applications, y compris la navigation autonome.
« Les approches traditionnelles de navigation autonome s’appuient fortement sur les caméras RGB, qui peinent dans des conditions difficiles comme la faible lumière ou le mauvais temps. Lorsqu’il est intégré à la technologie de détection et de télémétrie assistée par la chaleur, notre caméra thermique spectro-polarimétrique peut fournir des informations vitales dans ces scénarios difficiles, offrant des images plus claires que les caméras RGB ou thermiques conventionnelles. Une fois que nous aurons atteint la capture vidéo en temps réel, la technologie pourrait améliorer considérablement la perception de la scène et la sécurité globale. » a déclaré l’auteur principal de l’article, Xueji Wang, chercheur postdoctoral à l’Université Purdue.
Des applications diverses pour cette technologie
Les chercheurs affirment que la nouvelle méthode pourrait être particulièrement utile pour les applications qui nécessitent une imagerie thermique détaillée.
« En matière de sécurité, par exemple, elle pourrait révolutionner les systèmes aéroportuaires en détectant des objets ou des substances dissimulés sur les personnes », a conclu Xueji Wang.
« De plus, sa conception compacte et robuste améliore sa convenance pour diverses conditions environnementales, ce qui la rend particulièrement bénéfique pour des applications telles que la navigation autonome. »
En synthèse
Cette technologie innovante qui utilise des méta-dispositifs optiques pour l’imagerie thermique pourrait révolutionner de nombreux domaines, de la navigation autonome à la sécurité, en passant par la thermographie et l’imagerie médicale. Sa capacité à fournir une information plus riche sur les objets imagés, à distinguer les variations de température et à identifier les matériaux sur la base de signatures spectro-polarimétriques la rend particulièrement prometteuse.
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Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’un méta-dispositif optique et comment est-il utilisé ?
Un méta-dispositif optique est une structure ultra-mince qui peut manipuler la lumière de manière complexe. Dans l’imagerie thermique, ces dispositifs sont utilisés pour décomposer la lumière thermique en ses composants spectraux et polarimétriques, permettant ainsi de capturer des détails plus riches que ceux obtenus avec les méthodes traditionnelles.
Quels sont les avantages de la nouvelle méthode d’imagerie thermique ?
La nouvelle méthode offre plusieurs avantages, notamment un système plus compact et robuste, un grand champ de vision, et la capacité de distinguer les variations de température et d’identifier les matériaux grâce à des signatures spectro-polarimétriques, ce qui améliore la classification des matériaux et la sécurité dans diverses applications.
Comment cette technologie peut améliorer la navigation autonome ?
La technologie spectro-polarimétrique peut fournir des informations vitales dans des conditions difficiles où les caméras RGB classiques échouent, telles que la faible lumière ou le mauvais temps. Elle permet d’obtenir des images plus claires et peut améliorer la perception de la scène et la sécurité pour les systèmes de navigation autonome.
Quels sont les défis actuels et les améliorations futures prévues pour cette technologie
Les défis actuels incluent l’amélioration de la résolution spectrale, de l’efficacité de transmission, et de la vitesse de capture et de traitement de l’image. Les chercheurs travaillent également à étendre la méthode à l’imagerie à température ambiante et à améliorer la conception des métasurfaces pour une manipulation plus complexe de la lumière.
Cette technologie est-elle déjà disponible pour une utilisation commerciale ?
La technologie est encore en phase de développement et de recherche. Bien que des démonstrations aient été réalisées avec des caméras thermiques commerciales, des travaux supplémentaires sont nécessaires pour atteindre la capture vidéo en temps réel et pour adapter la technologie à des applications commerciales plus larges.
Références
Légende illustration principale : Les chercheurs ont utilisé une pile de dispositifs de métasurface en rotation pour capturer les détails spectraux et de polarisation du rayonnement thermique ainsi que les informations d’intensité acquises avec l’imagerie thermique traditionnelle. Crédit : Xueji Wang, Purdue University
Article: X. Wang, Z. Yang, F. Bao, T. Sentz, Z. Jacob, “Spinning Metasurface Stack for Spectro-polarimetric Thermal Imaging,” 11, 1 (2024). 10.1364/OPTICA.506813
