- PVSM.RU - https://www.pvsm.ru -
Поляризация используется во многих областях, наиболее известное применение из которых – это разделение стереопары в 3Д фильмах у некоторых телевизоров и в кинотеатрах, это круговая поляризация. При фотосъемке применяют поляризационные фильтры, чтобы избавиться от паразитных бликов за счет эффекта, когда свет приобретает поляризацию при отражении. Но о том, с какой поляризацией фотоны излучаем мы и объекты вокруг нас, информации почти нет. На просторах интернета вы практически не найдёте информации и примеров того, как выглядит истинное собственное поляризованное излучение объектов.
Все началось с того, что мы разработали очень чувствительный тепловизионный модуль VLM640, который обладал чувствительностью не хуже 20мК в диапазоне 8-12мкм, что очень неплохо для неохлаждаемых болометрических камер. Производитель сенсоров обратился к нам и предложил инженерный образец из экспериментальной пластины болометрических детекторов с интегрированными поляризационными фильтрами. Для нас это было очень почетно, но в то же время понимания, что мы должны в итоге получить, не было. Технология и сама идея увидеть собственную поляризацию тепловых квантов-фотонов объектов, которые нас окружают, абсолютно новая, и опыта обработки такой информации у нас не было.
В данной статье мы постараемся показать вам поляризацию в тепловизинном диапазоне, и это пока первая и единственная статья на эту тему в рунете (по крайней мере, мы не смогли пока найти ничего похожего).
Итак, приступим…
В нашем распоряжении была электроника ранее разработанного тепловизора VLM640, которая позволяла обеспечить чувствительность болометрического сенсора лучше 20мК, и был переданный производителем поляризационный сенсор. Уникальность последнего состоит в том, что в группе из четырех пикселей на каждый пиксель нанесен поляризатор (каким образом нанесено? даже не пытайтесь спрашивать у нас, у производителя выпытать не удалось). Поляризация каждого фильтра отличается на 45 градусов. Итого у нас углы поляризации: 0-180, 45-225, 90-270, 135-315 градусов.
Обработка массива данных с сенсора — задача не в полной мере тривиальная. Если изначально мы её решали «в лоб», то последняя версия обработки более похожа на алгоритм дебайеризации, когда в обработке каждого пикселя участвуют больше четырех окрестных пикселей. Но, к сожалению, следует отметить, что если по яркости (температуре) результирующее изображение имеет разрешение 640х512 элементов, то по углам поляризации всё же в два раза хуже.
В результирующих видео присутствуют три изображения (слева направо): видео с обычного тепловизора, восстановленные углы поляризации, комплексированное изображение, где яркость — это тепловое излучение, а цвет — угол поляризации.
Собственно, результат лучше один раз увидеть, чем сто раз прочитать, поэтому мы специально для статьи записали показательные видео.
Лампочка
Стеклянная лампочка — отличный объект для демонстрации собственной поляризации. Стекло непрозрачно в диапазоне 8-12мкм и отлично излучает тепло, которое оказывается поляризованным соответственно углу, с которым излучается.
Плафон
Видео с пластиковым плафоном демонстрирует, как поляризация позволяет отобразить поверхностную структуру объекта. Если бы на поверхности гладкого объекта были дефекты, то их можно было бы обнаружить из-за дефекта поляризации.
Крашеный металлический контейнер
Плоские объекты излучают достаточно просто, но каждая грань под разным углом поляризации. В видимом диапазоне или тепловизионном диапазоне по одному кадру нельзя было бы сказать об угле грани. С учетом поляризации излучения это становится возможным.
Металлическая пластина
Чистая металлическая пластина — сложный объект, она не хочет излучать, а пытается отразить тепло от других объектов. По центру маркером нанесен квадрат, эта часть (пластиковая) излучает чуть лучше.
Лед в стакане
Довольно интересно смотрится лёд. В общем, поляризация подчёркивает поверхностные дефекты, даже незначительные. Есть подозрение, что поляризация могла бы помочь в распознавании трещин во льду. Но пока ещё только осень, пока не так холодно, льда нет, и мы не имеем возможности проверить предположение на практике =).
И отдельный кадр реального изображения с улицы.
УАЗик
ps: если кто-то из уважаемого habr-сообщества подскажет, возможно ли (и как) забрать обратно видео из шейдера, чтобы сохранить в avi — были бы очень признательны. "
Результаты и выводы:
Мы смогли показать наиболее яркие моменты использования регистрации излучения объектов в диапазоне 8-12мкм. Но, так как мы являемся разработчиками радиоэлектронной аппаратуры, а не докторами наук в области фотометрии или оптики, нам сложно оценить возможности применения данного физического свойства и прибора.
Пока мы можем сказать, что поляризация позволяет рассказать о поверхности объекта.
Есть предположения (по результатам общения с производителем детекторов, коллегами на выставках и очень скудной информации в интернете), что эффект оценки поляризации излучающих и отражающих объектов можно использовать в следующих областях:
Можно ли увеличить чувствительность? да, это возможно, но для этого нужно стабилизировать температуру камеры (заузить её рабочую температуру) и провести дополнительные калибровки, мы пока этим не занимались, но потенциал такой есть.
Возможно, после прочтения статьи у вас появится идея, что было бы интересно заснять — напишите в комментариях, обсудим и постараемся реализовать.
Мы надеемся, что данная статья была интересна, и нам удалось рассказать и показать что-то новое, с чем раньше не приходилось сталкиваться. Хотелось бы выразить спасибо Алексею, который разработал математический аппарат обработки изображения и подготовил видео, Илье, который перенес почти всю обработку на шейдеры, коллективу НПК Фотоника за предоставленную возможность поработать с уникальным детектором, все же «Видеть невидимое» — это по меньшей мере интересно и захватывающе.
Автор: Pyhesty
Источник [1]
Сайт-источник PVSM.RU: https://www.pvsm.ru
Путь до страницы источника: https://www.pvsm.ru/fizika/292172
Ссылки в тексте:
[1] Источник: https://habr.com/post/422535/?utm_campaign=422535
Нажмите здесь для печати.