研究人員開發出一種新技術，該技術使用超光學器件進行熱成像。能夠提供有關成像物體的更豐富信息，可以拓寬熱成像在自主導航、安全、熱成像、醫學成像和遙感等領域的應用。

　　普渡大學研究小組負責人Zubin Jacob表示：“我們的方法克服了傳統光譜熱成像儀的挑戰，傳統光譜熱成像儀通常體積龐大，且由于依賴大型濾光輪或干涉儀而十分精密。我們將超光學器件和尖端計算成像算法相結合，創建了一個既緊湊又堅固的系統，同時還具有大視場。”

　　在Optica中，作者描述了他們的新型光譜偏振分解系統，該系統使用一堆旋轉的超表面將熱光分解為光譜和偏振分量。這使得成像系統除了捕獲傳統熱成像獲得的強度信息外，還可以捕獲熱輻射的光譜和偏振細節。

　　研究人員表明，新系統可以與商用熱像儀一起使用，成功地對各種材料進行分類，這對傳統熱像儀來說是一項具有挑戰性的任務。該方法能夠區分溫度變化，并根據光譜偏振特征識別材料，這有助于提高各種應用的安全性和效率，包括自主導航。

　　該論文的第一作者、普渡大學博士后研究員Xueji Wang說：“傳統的自主導航方法嚴重依賴RGB攝像頭，在低光或惡劣天氣等挑戰性條件下難以發揮作用。當與熱輔助探測和測距技術相結合時，我們的光譜偏振熱像儀可以在這些困難的情況下提供重要信息，提供比RGB或傳統熱像儀更清晰的圖像。一旦我們實現實時視頻捕獲，該技術可以顯著增強場景感知和整體安全性。”

　　使用更小的成像器件做更多的事

　　長波紅外光譜偏振成像對于夜視、機器視覺、痕量氣體傳感和熱成像等應用至關重要。然而，當今的光譜偏振長波紅外成像儀體積龐大，光譜分辨率和視場有限。

　　為了克服這些局限性，研究人員轉向大面積超薄結構表面，這種表面可以以復雜的方式操縱光。在定制紅外響應的旋轉色散超表面工程設計之后，他們開發了一種制造工藝，使這些超表面可用于制造適用于成像應用的大面積（直徑2.5厘米）旋轉設備。最終的旋轉堆棧尺寸小于10x10x10厘米，可以與傳統的紅外相機一起使用。

　　Wang教授說：“將這些大面積超光學器件與計算成像算法相結合，有助于高效重建熱輻射光譜。這使得光譜偏振熱成像系統比以前更緊湊、更強大、更有效。”

　　旋轉超表面將熱光分解為光譜和偏振分量。研究人員將超表面堆疊與傳統長波紅外相機和計算成像算法相結合，創建了一個緊湊而強大的光譜熱成像系統。

　　使用熱成像對材料進行分類

　　為了評估他們的新系統，研究人員使用各種材料和微觀結構拼出了“普渡”，每種材料和微觀結構都具有獨特的偏振光譜特性。利用該系統獲得的光譜偏振信息，他們準確地分辨出不同的材料和物體。

　　與傳統的熱成像方法相比，它們還展示了材料分類準確率提高了三倍，突出了系統的有效性和通用性。

　　研究人員表示，新方法對于需要詳細熱成像的應用尤其有用。

　　Wang說：“例如，在安全方面，它可以通過檢測人們身上的隱藏物品或物質來徹底改變機場系統。此外，其緊湊而堅固的設計增強了其適用于各種環境條件的適應性，使其特別有利于自主導航等應用。”

　　除了努力實現系統的視頻捕捉外，研究人員還在嘗試提高該技術的光譜分辨率、傳輸效率和圖像捕捉與處理速度。

　　他們還計劃改進超表面設計，以實現更復雜的光操縱，獲得更高的光譜分辨率。此外，他們希望將該方法擴展到室溫成像，因為使用超表面堆疊將該方法限制于高溫物體。他們計劃使用改進的材料、超表面設計和技術，如防反射涂層來實現這一目標。

　　審核編輯：黃飛