Los investigadores han desarrollado un sistema de imagen compacto que puede medir la forma y las propiedades de reflexión de la luz de los objetos con alta velocidad y precisión. Este sistema de imagen hiperespectral 5D, llamado así porque captura múltiples longitudes de onda de luz más coordenadas espaciales como una funciónde tiempo: podría beneficiar a una variedad de aplicaciones, incluida la clasificación óptica de productos y la identificación de personas en áreas seguras de los aeropuertos. Con una miniaturización adicional, la cámara podría permitir la inspección de la madurez de la fruta basada en teléfonos inteligentes o el monitoreo médico personal.
Además, "debido a que nuestro sistema de imágenes no requiere contacto con el objeto, puede usarse para registrar artefactos u obras de arte históricamente valiosos", dijo el líder del equipo de investigación Stefan Heist de la Universidad Friedrich Schiller Jena y el Instituto Fraunhofer de Óptica Aplicada yIngeniería de precisión, Alemania. Esto se puede usar para crear un archivo digital detallado y preciso, agregó, al tiempo que permite el estudio de la composición del material del objeto.
Las imágenes hiperespectrales detectan decenas a cientos de colores, o longitudes de onda, en lugar de las tres detectadas por las cámaras normales. Cada píxel de una imagen hiperespectral tradicional contiene intensidad de radiación dependiente de la longitud de onda en un rango específico vinculado a coordenadas bidimensionales.
El nuevo sistema de imágenes hiperespectrales, desarrollado en colaboración con el grupo de investigación de Gunther Notni de la Universidad Tecnológica Ilmenau de Alemania, avanza este enfoque de imágenes mediante la adquisición de información adicional sobre las dimensiones. En la revista The Optical Society OSA Óptica Express , los investigadores describen cómo cada píxel adquirido por su nuevo generador de imágenes hiperespectrales 5D contiene el tiempo; coordenadas espaciales x, y y z; e información basada en la reflectancia de la luz que va desde la porción visible al infrarrojo cercano del espectro electromagnético.
"Los sistemas de vanguardia que tienen como objetivo determinar tanto la forma de los objetos como sus propiedades espectrales se basan en múltiples sensores, ofrecen baja precisión o requieren largos tiempos de medición", dijo Heist. "En contraste, nuestro enfoquecombina una excelente resolución espacial y espectral, gran precisión de profundidad y altas velocidades de cuadros en un único sistema compacto ".
Creando un prototipo compacto
Los investigadores crearon un sistema prototipo con una huella de solo 200 por 425 milímetros, aproximadamente del tamaño de una computadora portátil. Utiliza dos cámaras de instantáneas hiperespectrales para formar imágenes en 3D y obtener información de profundidad al igual que nuestros ojos al capturar una escena dedos direcciones ligeramente diferentes. Al identificar puntos particulares en la superficie del objeto que están presentes en ambas vistas de cámara, se puede crear un conjunto completo de puntos de datos en el espacio para ese objeto. Sin embargo, este enfoque solo funciona si el objeto tiene suficiente textura o estructurapara identificar puntos inequívocamente.
Para capturar tanto la información espectral como la forma de la superficie de los objetos que pueden no estar muy texturizados o estructurados, los investigadores incorporaron un proyector de alta velocidad especialmente desarrollado en su sistema. Utilizando un método de proyección mecánica, se utilizan una serie de patrones de luz aperiódicos paratexturice artificialmente la superficie del objeto. Esto permite una reconstrucción 3D robusta y precisa de la superficie. La información espectral obtenida por los diferentes canales de las cámaras hiperespectrales se mapea en estos puntos.
"Nuestro desarrollo anterior de un sistema que proyectaba patrones aperiódicos mediante una rueda giratoria hizo posible proyectar secuencias de patrones a velocidades de cuadro potencialmente muy altas y fuera del rango espectral visible", dijo Heist. "Las nuevas cámaras de instantáneas hiperespectrales también fueron un componente importante".porque permiten capturar información resuelta espacial y espectralmente en una sola imagen, sin escaneo "
Imagen hiperespectral de alta velocidad
Los investigadores caracterizaron su prototipo analizando el comportamiento espectral de las cámaras y el rendimiento 3D de todo el sistema. Mostraron que podía capturar imágenes visibles en 5D en infrarrojo cercano a una velocidad de 17 cuadros por segundo, significativamente más rápido que otras similaressistemas.
Para demostrar la utilidad del prototipo para analizar objetos culturalmente significativos, los investigadores lo usaron para documentar digitalmente un globo de relieve histórico de 1885. También crearon modelos 5D de infrarrojo cercano de la mano de una persona y mostraron que el sistema podía usarse comoUna forma simple de detectar las venas. El generador de imágenes también podría usarse para aplicaciones agrícolas, lo que mostraron los investigadores al usarlo para capturar el cambio 5D en el espectro de reflexión de las hojas de las plantas de cítricos cuando absorbían agua
Los investigadores planean optimizar su prototipo mediante el uso de cámaras hiperespectrales con una mayor relación señal / ruido o que exhiban menos diafonía entre los diferentes canales espectrales. Idealmente, el sistema se adaptaría a aplicaciones específicas. Por ejemplo, cámaras con altalas velocidades de imagen podrían usarse para analizar propiedades de objetos que cambian dinámicamente, mientras que el uso de sensores con alta resolución en la longitud de onda infrarroja podría ser útil para detectar fugas químicas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :