Polarisasi digunakan di banyak daerah, yang paling terkenal di antaranya adalah pemisahan pasangan stereo dalam film 3D dari beberapa televisi dan bioskop, ini adalah polarisasi sirkuler. Saat memotret, filter polarisasi digunakan untuk menghilangkan silau palsu karena efek ketika cahaya menjadi terpolarisasi oleh pantulan. Tetapi hampir tidak ada informasi tentang polarisasi foton yang kita keluarkan dan benda-benda di sekitar kita. Di Internet, Anda praktis tidak akan menemukan informasi dan contoh-contoh seperti apa radiasi objek terpolarisasi sebenarnya.
Semuanya dimulai dengan fakta bahwa kami mengembangkan modul pencitraan termal yang sangat sensitif VLM640, yang memiliki sensitivitas tidak lebih buruk dari 20 mK dalam kisaran 8-12 mkm, yang sangat baik untuk kamera bolometrik yang tidak didinginkan. Pabrikan sensor berpaling kepada kami dan mengusulkan sampel teknik dari pelat eksperimental detektor bolometrik dengan filter polarisasi terintegrasi. Itu sangat terhormat bagi kami, tetapi pada saat yang sama tidak ada pemahaman tentang apa yang harus kami dapatkan pada akhirnya. Teknologi dan ide itu sendiri untuk melihat polarisasi kita sendiri dari thermal quanta-photon dari benda-benda yang mengelilingi kita benar-benar baru, dan kami tidak memiliki pengalaman dalam memproses informasi tersebut.
Pada artikel ini kami akan mencoba menunjukkan polarisasi dalam rentang pencitraan termal, dan ini adalah artikel pertama dan satu-satunya tentang topik ini di RuNet (setidaknya kami belum menemukan yang serupa).
Jadi, mari kita mulai ...
Yang kami miliki adalah elektronik dari VLM640 thermal imager yang dikembangkan sebelumnya, yang memungkinkan untuk memberikan sensitivitas sensor bolometrik yang lebih baik dari 20 mK, dan sensor polarisasi yang ditransmisikan oleh pabrikan. Keunikan yang terakhir terletak pada fakta bahwa dalam kelompok empat piksel polarizer diterapkan pada setiap piksel (bagaimana penerapannya? Bahkan tidak mencoba bertanya kepada kami, pabrikan tidak bisa mengeluarkannya). Polarisasi setiap filter berbeda dengan 45 derajat. Total kita memiliki sudut polarisasi: 0-180, 45-225, 90-270, 135-315 derajat.
Memproses data array dari sensor bukanlah tugas yang sepele. Jika pada awalnya kami menyelesaikannya "langsung", maka versi pemrosesan terbaru lebih mirip dengan algoritma debyerisasi, ketika lebih dari empat piksel tetangga terlibat dalam pemrosesan setiap piksel. Namun, sayangnya, perlu dicatat bahwa walaupun kecerahan (suhu) dari gambar yang dihasilkan memiliki resolusi 640x512 elemen, maka sudut polarisasi masih dua kali lebih buruk.
Video yang dihasilkan berisi tiga gambar (dari kiri ke kanan): video dari imager termal konvensional, sudut polarisasi direkonstruksi, gambar kompleks, di mana kecerahan adalah radiasi termal dan warna adalah sudut polarisasi.
Sebenarnya, lebih baik untuk melihat hasilnya sekali daripada membaca seratus kali, oleh karena itu kami merekam video indikatif khusus untuk artikel ini.
Bola lampuBola kaca adalah objek yang sangat baik untuk menunjukkan polarisasi sendiri. Kaca buram dalam kisaran 8-12 mikron dan sempurna memancarkan panas, yang terpolarisasi sesuai dengan sudut yang dipancarkan.
NaunganSebuah video dengan langit-langit plastik menunjukkan bagaimana polarisasi memungkinkan Anda untuk menampilkan struktur permukaan suatu objek. Jika ada cacat pada permukaan benda halus, mereka dapat dideteksi karena cacat polarisasi.
Wadah logam dicatObjek datar memancarkan cukup sederhana, tetapi masing-masing wajah pada sudut polarisasi yang berbeda. Dalam rentang yang terlihat atau rentang pencitraan termal, satu frame tidak dapat dikatakan tentang sudut wajah. Mengingat polarisasi radiasi, ini menjadi mungkin.
Pelat logamPelat logam murni adalah benda yang kompleks, ia tidak ingin memancar, tetapi berusaha memantulkan panas dari benda lain. Sebuah kotak diplot di tengah dengan spidol, bagian ini (plastik) terpancar sedikit lebih baik.
Es dalam gelasEsnya terlihat sangat menarik. Secara umum, polarisasi menekankan cacat permukaan, bahkan yang kecil. Ada kecurigaan bahwa polarisasi dapat membantu mengidentifikasi keretakan di es. Tapi itu masih musim gugur, sementara tidak begitu dingin, tidak ada es, dan kami tidak dapat memverifikasi asumsi dalam praktek =).
Dan bingkai terpisah dari gambar asli dari jalanan.
UAZParagraf kecil dalam bentuk terima kasih kepada programmer kami.Awalnya, kami merekam dan memproses video di matlab. "Render" matematika semacam itu membutuhkan banyak waktu dan tidak memungkinkan untuk mengevaluasi video secara real time. Upaya untuk mentransfer pemrosesan waktu nyata ke PC memungkinkan kami mendapatkan frekuensi tampilan 4 bingkai per detik, dan saat menambahkan filter pasca ke pemrosesan, kecepatan bingkai turun menjadi satu per detik. Satu-satunya jalan keluar adalah mentransfer pemrosesan dalam directx ke shader, tidak dapat dikatakan bahwa semuanya berjalan lancar, tetapi bagi kami tampaknya masih mengejutkan bahwa bahkan kartu video terintegrasi menerima dan memproses 50 frame per detik. Ilya - pekerja besi menghormati Anda =)
ps: jika seseorang dari komunitas habr terkemuka memberi tahu saya apakah mungkin (dan bagaimana) mengambil kembali video dari shader untuk menyimpannya di avi - kami akan sangat berterima kasih. "
Hasil dan kesimpulan:
Kami dapat menunjukkan momen yang paling jelas dalam menggunakan pendaftaran radiasi dari objek dalam kisaran 8-12 μm. Tetapi, karena kita adalah pengembang peralatan elektronik, dan bukan dokter sains di bidang fotometri atau optik, sulit bagi kita untuk menilai kemungkinan menggunakan properti dan perangkat fisik ini.
Sementara kita dapat mengatakan bahwa polarisasi memungkinkan kita untuk berbicara tentang permukaan objek.
Ada asumsi (berdasarkan hasil komunikasi dengan produsen detektor, kolega di pameran dan informasi yang sangat langka di Internet) bahwa efek menilai polarisasi objek yang memancarkan dan memantulkan dapat digunakan dalam bidang berikut:
- Perbedaan antara radiasi intrinsik dan refleksi (misalnya, mesin hangat dari cahaya matahari di genangan air atau dari pasir / batu)
- Cari benda bertopeng
- Cari noda minyak di permukaan air
- Pencarian cacat
- Menghapus geometri objek 3D
- Deteksi benda hangat (orang yang tenggelam) di permukaan air, memisahkan sinar matahari dari radiasi benda itu sendiri.
Apakah mungkin untuk meningkatkan sensitivitas? Ya, itu mungkin, tetapi untuk ini perlu menstabilkan suhu ruangan (untuk mempersempit suhu operasinya) dan melakukan kalibrasi tambahan, kami belum melakukan ini, tetapi ada potensi seperti itu.
Mungkin setelah membaca artikel Anda akan memiliki gagasan bahwa akan menarik untuk menembak - menulis di komentar, berdiskusi, dan mencoba mengimplementasikannya.
Kami berharap artikel ini menarik, dan kami dapat menceritakan dan menunjukkan sesuatu yang baru yang belum pernah kami temui sebelumnya. Saya ingin berterima kasih kepada Alexei, yang mengembangkan alat matematika untuk pemrosesan gambar dan menyiapkan video, Ilya, yang mentransfer hampir semua pemrosesan ke shader, ke tim NPK Photonika atas kesempatan untuk bekerja dengan detektor unik, namun "Melihat yang Tak Terlihat" setidaknya menarik dan mengasyikkan.