研究人员开发出一种新技术，该技术使用超光学器件进行热成像。能够提供有关成像物体的更丰富信息，可以拓宽热成像在自主导航、安全、热成像、医学成像和遥感等领域的应用。

　　普渡大学研究小组负责人Zubin Jacob表示：“我们的方法克服了传统光谱热成像仪的挑战，传统光谱热成像仪通常体积庞大，且由于依赖大型滤光轮或干涉仪而十分精密。我们将超光学器件和尖端计算成像算法相结合，创建了一个既紧凑又坚固的系统，同时还具有大视场。”

　　在Optica中，作者描述了他们的新型光谱偏振分解系统，该系统使用一堆旋转的超表面将热光分解为光谱和偏振分量。这使得成像系统除了捕获传统热成像获得的强度信息外，还可以捕获热辐射的光谱和偏振细节。

　　研究人员表明，新系统可以与商用热像仪一起使用，成功地对各种材料进行分类，这对传统热像仪来说是一项具有挑战性的任务。该方法能够区分温度变化，并根据光谱偏振特征识别材料，这有助于提高各种应用的安全性和效率，包括自主导航。

　　该论文的第一作者、普渡大学博士后研究员Xueji Wang说：“传统的自主导航方法严重依赖RGB摄像头，在低光或恶劣天气等挑战性条件下难以发挥作用。当与热辅助探测和测距技术相结合时，我们的光谱偏振热像仪可以在这些困难的情况下提供重要信息，提供比RGB或传统热像仪更清晰的图像。一旦我们实现实时视频捕获，该技术可以显著增强场景感知和整体安全性。”

　　使用更小的成像器件做更多的事

　　长波红外光谱偏振成像对于夜视、机器视觉、痕量气体传感和热成像等应用至关重要。然而，当今的光谱偏振长波红外成像仪体积庞大，光谱分辨率和视场有限。

　　为了克服这些局限性，研究人员转向大面积超薄结构表面，比亚迪半导体IC芯片 这种表面可以以复杂的方式操纵光。在定制红外响应的旋转色散超表面工程设计之后，他们开发了一种制造工艺，使这些超表面可用于制造适用于成像应用的大面积（直径2.5厘米）旋转设备。最终的旋转堆栈尺寸小于10x10x10厘米，可以与传统的红外相机一起使用。

　　Wang教授说：“将这些大面积超光学器件与计算成像算法相结合，有助于高效重建热辐射光谱。这使得光谱偏振热成像系统比以前更紧凑、更强大、更有效。”

　　旋转超表面将热光分解为光谱和偏振分量。研究人员将超表面堆叠与传统长波红外相机和计算成像算法相结合，创建了一个紧凑而强大的光谱热成像系统。

　　使用热成像对材料进行分类

　　为了评估他们的新系统，研究人员使用各种材料和微观结构拼出了“普渡”，每种材料和微观结构都具有独特的偏振光谱特性。利用该系统获得的光谱偏振信息，他们准确地分辨出不同的材料和物体。

　　与传统的热成像方法相比，它们还展示了材料分类准确率提高了三倍，突出了系统的有效性和通用性。

　　研究人员表示，新方法对于需要详细热成像的应用尤其有用。

　　Wang说：“例如，在安全方面，它可以通过检测人们身上的隐藏物品或物质来彻底改变机场系统。此外，其紧凑而坚固的设计增强了其适用于各种环境条件的适应性，使其特别有利于自主导航等应用。”

　　除了努力实现系统的视频捕捉外，研究人员还在尝试提高该技术的光谱分辨率、传输效率和图像捕捉与处理速度。

　　他们还计划改进超表面设计，以实现更复杂的光操纵，获得更高的光谱分辨率。此外，他们希望将该方法扩展到室温成像，因为使用超表面堆叠将该方法限制于高温物体。他们计划使用改进的材料、超表面设计和技术，如防反射涂层来实现这一目标。

　　审核编辑：黄飞

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