تصویربرداری 4k مادون قرمز با سنسور الهام گرفته از دید حرارتی مار امکانپذیر شد
محققان با الهام از دید حرارتی مار، یک سنسور ارزان برای تصویربرداری مادون قرمز 4K ساختهاند که بدون نیاز به خنککننده، محیطهای نامرئی را قابل مشاهده میکند و کاربردهای گستردهای در بازرسی صنعتی و تجهیزات دید در شب دارد.
به گزارش سرویس فناوری مگ دید، یک دستاورد علمی جدید، دید حرارتی الهامگرفته از مارها را به حسگرهای دوربینهای معمولی آورده و مسیر تصویربرداری مادون قرمز را به سمت استفاده روزمره و کمهزینه هموار کرده است.
مارها با اندامهای خاصی قادر به تشخیص امضاهای حرارتی در تاریکی مطلق هستند؛ تواناییای که مهندسان سالها در تلاش برای تقلید آن بودهاند. سیستمهای مادون قرمز فعلی تنها با استفاده از مواد گرانقیمت یا سختافزار خنککننده حجیم که قابلیت حمل را محدود میکند، میتوانند عملکرد مشابهی داشته باشند.
برای مطالعه بیشتر: دوربین دید در شب گوشی Oukitel WP60 در تاریکی مطلق عکاسی می کند + تصویر
حسگرهای CMOS سیلیکونی استاندارد، ستون فقرات دوربینهای مصرفی و گوشیهای هوشمند، ارزان و فراگیر هستند؛ اما توانایی دیدن مادون قرمز کوتاهموج یا متوسط را ندارند و این مسئله تصویربرداری مادون قرمز با عملکرد بالا را از دسترس بسیاری از کاربردها خارج کرده است.
دانشمندان موسسه فناوری پکن اکنون سنسور «دید حرارتی مار» را توسعه دادهاند که این محدودیت را برطرف میکند. با ادغام یک مبدل مادون قرمز به نور مرئی بهطور مستقیم روی یک چیپ CMOS استاندارد، آنها تصویربرداری مادون قرمز 4K را در دمای اتاق و بدون نیاز به خنککننده پرهزینه ممکن ساختهاند.
قفل سنسور دید حرارتی مار باز شد!
محققان توضیح دادند: «برای مجهز کردن سیستمهای مختلف به توانایی دید حرارتی مشابه مارها، لازم بود مسائل نویز ذاتی در تشخیص سنسور مادون قرمز در دمای اتاق را حل کنیم.» برای این منظور، تیم تحقیقاتی یک «پیوند هتروجوشی» با استفاده از نقاط کوانتومی کلوئیدی تلورید جیوه طراحی کرد. لایههای مکمل اکسید روی و یک پلیمر، مانعی ایجاد میکنند که نویز حرارتی یا جریان تاریک را مسدود میکند و در عین حال امکان حرکت کارآمد حاملهای سیگنال را فراهم میسازد.
حتما بخوانید: این لنز چشمی بدون نیاز به برق امکان مشاهده نور مادون قرمز را فراهم می کند
بیشتر بخوانید: دوربین مادونقرمز بدون لنز با عمق میدان بیسابقه معرفی شد
این نوآوری به حسگر اجازه میدهد بدون نیاز به خنککننده، همچنان نسبت به طول موجهای مادون قرمز کوتاه و متوسط حساس باقی بماند. این اتفاق تحولی بزرگ در مقایسه با آشکارسازهای مادون قرمز سنتی محسوب میشود.
علاوه بر این، ساختاری نورافشان مشترک طراحی شد تا سیگنالهای مادون قرمز به فوتونهای مرئی تبدیل شوند و توسط حسگر CMOS قابل خواندن باشند. با متعادل کردن حرکت الکترونها و حفرهها در دستگاه، تیم تحقیقاتی بازده تبدیل را به طرز چشمگیری افزایش داد و ورودیهای ضعیف مادون قرمز را به تصاویر روشن و واضح تبدیل کرد.
کیفیت 4K مادون قرمز
با ادغام این سیستم روی یک ویفر CMOS استاندارد ۸ اینچی، تصاویر مادون قرمز با وضوح ۳۸۴۰ × ۲۱۶۰ پیکسل و فاصله پیکسلی ۱.۵۵ میکرون ثبت شد. این فناوری قادر است از ویفرهای سیلیکونی عبور کند، توزیع حرارتی را تشخیص دهد و محیطهایی را تصویر کند که حسگرهای سنتی قادر به دیدن آنها نیستند. تیم تحقیقاتی اعلام کرد: «این فناوری مسیر کمهزینه و عملکرد بالایی برای تصویربرداری مادون قرمز ایجاد میکند.»
همچنین، با گسترش تشخیص از نور مرئی تا ۴.۵ میکرون و افزایش ۱۴ برابری طیف دید، امکان مشاهده در تمامی شرایط آب و هوایی، از جمله عبور از مه و دود، فراهم شده است. کاربردهای این فناوری گسترده است: از سیستمهای خودران نسل بعدی، ابزارهای بازرسی صنعتی و تشخیص پزشکی گرفته تا تجهیزات دید در شب و دوربینهای مصرفی.
علاوه بر این، میتواند به طور چشمگیری هزینه سیستمهای SWIR و MWIR را که اکنون در حوزه دفاع و صنایع پرهزینه محدود هستند، کاهش دهد. با تقلید از ساختار دید حرارتی مار و ترکیب آن با فناوری نیمهرسانا، محققان مسیر دستیابی به سنسور حرارتی واقعی و مقرونبهصرفه را هموار کردهاند.
این مطالعه در نشریه Light: Science & Applications منتشر شده است.
