Para ilmuwan telah menciptakan lensa singlet spektral kompak yang mengubah kamera standar menjadi kamera hiperspektral, sehingga mengurangi ukuran dan kompleksitas sistem. Terobosan ini dapat memperluas pencitraan hiperspektral ke dalam aplikasi portabel, dengan perbaikan di masa depan.
Informasi yang kita kumpulkan membentuk pemahaman dan perspektif kita terhadap dunia. Selama berabad-abad, optik telah berupaya menafsirkan data multidimensi di sekitar kita melalui “kotak peralatan” cahaya. Pada abad ke-17, Sir Isaac Newton memperkenalkan formula pencitraan lensa dan melakukan eksperimen spektrum warnanya yang terkenal, yang memberikan wawasan dasar di bidang ini.
ADVERTISEMENT
SCROLL TO RESUME CONTENT
Sejak itu, lensa dan spektrometer telah dipelajari secara ekstensif sebagai komponen optik penting untuk menangkap informasi. Penggabungan kedua komponen ini memungkinkan kita memperoleh lebih banyak informasi – baik data spasial maupun spektral. Namun, konfigurasi seperti itu menyebabkan trade-off antara ukuran perangkat, resolusi spektral, dan kualitas gambar, sehingga menghambat portabilitas dan miniaturisasi kamera hiperspektral.
Sebuah Terobosan dalam Pencitraan Hiperspektral
Dalam makalah baru yang diterbitkan di Cahaya: Sains & Aplikasitim ilmuwan kolaboratif dari Universitas Wuhan dan Universitas Nanjing telah memperkenalkan lensa singlet spektral planar yang menyatukan dua fungsi berbeda – pencitraan optik dan spektrometri komputasi – ke dalam satu perangkat planar ultra-kompak. Dengan lensa spektral ini, kamera standar dapat dengan mudah ditingkatkan menjadi kamera hiperspektral dengan mengganti lensa asli dengan lensa spektral, tanpa perlu mengganti bagian lain pada kamera.
Penelitian ini bermula dari penelitian manipulasi cahaya multidimensi yang dilakukan oleh kelompok Prof. Guoxing Zheng, ilmuwan terkemuka proyek ini. “Keterbatasan kinerja pencitraan spektral dalam pengaturan cascading tradisional berakar pada kemampuan manipulasi cahaya dari elemen optik,” kata Prof. Guoxing Zheng, “Spektrometri dan pencitraan adalah dua teknik perolehan informasi yang berbeda, dan keduanya harus diimplementasikan dengan cahaya terpisah. mekanisme manipulasi. Kita perlu mengeksplorasi prinsip-prinsip baru untuk pengendalian cahaya guna mengatasi kendala kinerja.”
Memanfaatkan Optik Kristal Cair untuk Lensa Spektral
Lensa spektral diimplementasikan secara fisik menggunakan optik kristal cair planar (LC). “Kami meninjau kembali manipulasi cahaya perangkat LC planar, dan menemukan bahwa modulasi fase dan kontrol spektral dapat disesuaikan secara independen dengan memanfaatkan dua parameter yang dapat dipisahkan secara geometris – orientasi azimuth dan orientasi kutub pengarah LC,” kata Prof. Peng Chen, pakar cairan optik kristal dan rekan kerja proyek ini. “Karakteristik tersebut memposisikan LC sebagai kandidat sempurna untuk mengembangkan lensa spektral dan mengatasi tantangan dalam sistem pencitraan spektral miniatur saat ini.”
Dalam lensa spektral LC yang mereka usulkan, setiap sel satuan bertindak sebagai modulator fase dan filter spektral yang dapat disetel secara elektrik. Hal ini memungkinkan perangkat LC memiliki kontrol fase yang tepat dalam rentang spektral yang luas untuk pencitraan berkualitas tinggi; dan pada saat yang sama, lensa spektral menunjukkan karakteristik pemfokusan yang beragam pada panjang gelombang berbeda untuk memungkinkan ekstraksi informasi spektral.
Mendemonstrasikan Kemampuan Kamera Hiperspektral
Para peneliti mendemonstrasikan kamera hiperspektral skala milimeter pembuktian konsep menggunakan lensa spektral LC. Dengan kamera hiperspektralnya, gambar spektral berkualitas tinggi dengan 500 × 500 piksel, fidelitas spektral rata-rata 96,3%, dan resolusi spasial ~ 1,7 kali batas difraksi diperoleh.
Mereka juga mendemonstrasikan keserbagunaan kamera hiperspektral yang mereka usulkan dengan menerapkannya dalam berbagai skenario, termasuk pencitraan hiperspektral pada poster dan layar LED. Dibandingkan dengan kamera hiperspektral tradisional, pendekatan yang mereka usulkan dengan lensa singlet spektral dapat secara signifikan mengurangi ukuran, berat, dan kompleksitas sistem pencitraan hiperspektral, menjadikannya lebih mudah diakses untuk berbagai aplikasi baru seperti drone, ponsel pintar, dan perangkat kesehatan portabel.
“Studi kami memberikan resep baru untuk pencitraan hiperspektral mini,” tambah rekan penulis Prof. Zile Li dari Universitas Wuhan. “Teknologi ini tidak hanya menyederhanakan sistem yang ada saat ini tetapi juga mempertahankan kinerja yang sangat baik, menjadikannya ideal untuk skenario di mana miniaturisasi dan portabilitas sangat penting.”
Ketika tim terus memperluas penelitian mereka, mereka membayangkan mengeksplorasi penerapan singlet spektral dengan material baru lainnya, serta meningkatkan lensa spektral melalui sinergi dengan platform manipulasi cahaya serbaguna lainnya untuk mengembangkan sistem pencitraan dengan fungsi yang lebih canggih.
Referensi: “Singlet kristal cair planar yang dapat disetel secara elektrik untuk spektrometri dan pencitraan simultan” oleh Zhou Zhou, Yiheng Zhang, Yingxin Xie, Tian Huang, Zile Li, Peng Chen, Yan-qing Lu, Shaohua Yu, Shuang Zhang dan Guoxing Zheng, 9 September 2024, Cahaya: Sains & Aplikasi.
DOI: 10.1038/s41377-024-01608-w
RakyatPos.ID Network
