Новая камера улавливает цвета в инфракрасном диапазоне

Новое исследование ученых Тель-Авивского университета (TAU) позволит специальным камерам распознавать цвета, недоступные человеческому глазу и обычным камерам.

Технология позволяет отображать газы и вещества, такие как водород, углерод и натрий, каждое из которых имеет уникальный цвет в инфракрасном спектре, а также биологические соединения, которые встречаются в природе, но «невидимы» невооруженным глазом или через обычные камеры. Она имеет новаторские приложения в самых разных областях, от компьютерных игр и фотографии, а также в областях безопасности, медицины и астрономии.

«Человеческий глаз улавливает фотоны с длинами волн от 400 до 700 нанометров — между длинами волн синего и красного», — объясняют ученые.

Но это лишь крошечная часть электромагнитного спектра, который также включает радиоволны, микроволны, рентгеновские лучи и многое другое. Ниже 400 нанометров есть ультрафиолетовое или УФ-излучение, а выше 700 нанометров — инфракрасное излучение, которое само делится на ближний, средний и дальний инфракрасный.

В каждой из этих частей электромагнитного спектра содержится большое количество информации о материалах, закодированной как «цвета», которая до сих пор была скрыта от глаз.

Исследователи объясняют, что цвета в этих частях спектра имеют большое значение, поскольку многие материалы имеют уникальную подпись, выраженную в цвете, особенно в среднем инфракрасном диапазоне. Например, раковые клетки можно легко обнаружить, поскольку они имеют более высокую концентрацию молекул определенного типа.

Существующие технологии обнаружения инфракрасного излучения дороги и в большинстве случаев не могут передать эти «цвета».

В области медицинской визуализации проводились эксперименты, в которых инфракрасные изображения преобразуются в видимый свет для идентификации раковых клеток по молекулам. На сегодняшний день для этого преобразования требовались очень сложные и дорогие камеры, которые не обязательно были доступны для общего использования.

Но в своем исследовании ученые TAU смогли разработать дешевую и эффективную технологию, которая может быть установлена ​​на стандартной камере и позволяет впервые преобразовывать фотоны света из всей средней инфракрасной области в видимую на тех частотах, что может уловить человеческий глаз и стандартная камера.

«Мы, люди, можем видеть между красным и синим. Если бы мы могли видеть в инфракрасной области, мы бы увидели, что такие элементы, как водород, углерод и натрий, имеют уникальный цвет», — объясняют ученые.

«Таким образом, спутник для мониторинга окружающей среды сможет «видеть» загрязняющее вещество, выбрасываемое с завода, или спутник-шпион мог видеть, где прячутся взрывчатые вещества или уран. Кроме того, поскольку каждый объект излучает тепло в инфракрасном диапазоне, вся эта информация может быть видна даже ночью».

После регистрации патента на свое изобретение исследователи разрабатывают технологию за счет гранта проекта KAMIN, и уже встретились с рядом коммерческих компаний.

Michael Mrejen et al, Multicolor Time‐Resolved Upconversion Imaging by Adiabatic Sum Frequency Conversion, Laser & Photonics Reviews (2020). DOI: 10.1002/lpor.202000040