Нова камера без обектив създава ясни изображения дори при здрач

Благодарение на нелинейните кристали новата камера без обектив създава ясни изображения в средния инфрачервен диапазон при слаба светлина и на големи разстояния. Освен това тя може да създава точни триизмерни изображения дори при изключително слаба осветеност. Въпреки че все още е във фаза на валидиране, технологията обещава да осигури достъпни и преносими инфрачервени изображения за приложения в областта на сигурността, промишлеността и околната среда.

„Редица полезни сигнали, като например топлинните и молекулярните пръстови отпечатъци, се намират в средния инфрачервен диапазон, но камерите, работещи в този диапазон на дължината на вълната, често са шумни, скъпи и изискват охлаждане“, казва Зенг Хепин от Източнокитайския нормален университет, ръководител на изследователския екип. – Освен това традиционните системи, базирани на лещи, имат ограничена дълбочина на полето и изискват внимателно проектиране, за да се сведе до минимум оптичното изкривяване. Ние разработихме високочувствителен подход без лещи, който осигурява значително по-голяма дълбочина на полето и зрително поле в сравнение с други системи.“

Учените описват своя метод в списание Optica. Той се основава на малко „оптично точково отверстие“ във вътрешността на нелинеен кристал, който също преобразува инфрачервеното изображение във видимо. С тази конфигурация те са получили ясни изображения в средния инфрачервен диапазон с дълбочина на рязкост над 35 см и зрително поле над 6 см. Те също така са успели да използват тази система за получаване на триизмерни изображения, пише Science Daily.

Получаване на изображение чрез „пинхол“, или camera obscura е един от най-старите методи, описан за първи път от китайския философ Мо Ди през IV в. пр. н. е. За разлика от лещите, изображенията, създадени по този начин, са лишени от изкривявания, което позволява безкрайна дълбочина на рязкост и работа в широк диапазон от дължини на вълните.

За да реализират тези предимства в най-съвременна система за инфрачервени изображения, изследователите използват високомощен лазер, за да формират оптична апертура или изкуствена апертура във вътрешността на нелинейния кристал. Благодарение на специалните оптични свойства на кристала, той преобразува инфрачервеното изображение във видимо, което позволява заснемането му от стандартна силициева камера.

Според учените ключът към постигането на широко зрително поле е бил разработването на кристал, способен да приема светлинните лъчи от широк спектър от посоки. Освен това методът за регистриране чрез преобразуване на честотата по естествен начин потиска шума, което позволява работа дори в условия на много слаба осветеност.

След като установили, че оптична апертура с радиус около 0,20 mm осигурява ясни детайли, изследователите използвали този размер на апертурата, за да визуализират обекти на разстояния от 11 cm, 15 cm и 19 cm. На всички разстояния те са успели да получат ясни изображения в средния инфрачервен диапазон с дължина на вълната 3,07 µm, което потвърждава широкия диапазон от дълбочини. Получили са и сравнително ясни изображения на обекти, разположени на разстояние 35 см.

След това изследователите са използвали своята конфигурация за два вида 3D визуализация: 3D визуализация по време на полет и визуализация на дълбочина с два кадъра. И в двата случая резултатите са изключително обещаващи.

Учените подчертават, че създаденият от тях метод засега остава експериментален и изисква сравнително сложна и обемиста лазерна установка. С разработването на нови нелинейни материали и интегрирани светлинни източници обаче технологията би трябвало да стане много по-компактна и лесна за използване.