Pesquisadores do Laboratório de Pesquisa do Exército dos EUA desenvolveram um novo tipo de câmera de imagem térmica que permite aos soldados ver objetos ocultos que antes eram indetectáveis.

Dr. Kristan Gurton, um físico experimental na Diretoria de Ciências da Informação e Computação, e Dr. Sean Hu, um engenheiro eletrônico na Diretoria de Sensores e Dispositivos Eletrônicos, estão liderando esse esforço para o laboratório.

De acordo com Gurton, todos os objetos que têm uma temperatura diferente de zero emitem radiação térmica na porção infravermelha do espectro, e a intensidade dessa radiação é proporcional à sua temperatura.

A radiação térmica está sempre presente no ambiente, independentemente de ser dia ou noite, É por isso que o Exército usa câmeras térmicas para ver objetos que muitas vezes estão escondidos no escuro.

Contudo, além da intensidade da radiação infravermelha, há outra característica da luz que é freqüentemente ignorada quando se trata de imagens:o estado de polarização.

"Os pesquisadores sabem há cerca de 30 anos que objetos feitos pelo homem emitem radiação térmica parcialmente polarizada, por exemplo, caminhões, aeronave, edifícios, veículos, etc, e que objetos naturais como grama, solo, árvores e arbustos tendem a emitir radiação térmica que exibe muito pouca polarização, "Gurton disse." Temos vindo a desenvolver, com a ajuda do setor privado, um tipo especial de câmera térmica que pode registrar imagens baseadas exclusivamente no estado de polarização da luz, e não na intensidade. Essa informação polarimétrica adicional permitirá que os soldados vejam objetos ocultos que antes não eram visíveis ao usar câmeras térmicas convencionais. "

Gurton está buscando o desenvolvimento do hardware da câmera, enquanto Hu está trabalhando em um software projetado para explorar melhor as informações adicionais que a imagem polarimétrica térmica fornece.

De acordo com Gurton, enquanto o Exército sempre teve um programa robusto de imagem térmica convencional, seus esforços são uma progressão natural tentando fazer avançar a tecnologia ainda mais.

"As aplicações específicas para soldados que temos investigado incluem a detecção de armadilhas e armadilhas ocultas, capacidade aprimorada de ver alvos camuflados, identificação de minas terrestres enterradas e dispositivos explosivos improvisados, e melhor direcionamento e rastreamento de mísseis, morteiros, veículos aéreos não tripulados e outras ameaças aerotransportadas, "Gurton disse.

A descoberta mais recente e emocionante da equipe envolve a capacidade de detectar e identificar assuntos humanos específicos durante a escuridão total.

"Antes de nossa pesquisa na ARL, a única maneira de ver os humanos à noite era usar imagens térmicas convencionais, "Gurton disse." Infelizmente, tais imagens são atormentadas por um efeito de "fantasma", no qual as características faciais detalhadas necessárias para a identificação humana são perdidas. Contudo, quando as informações de polarização são incluídas na imagem térmica, ou seja, uma imagem polarimétrica térmica, finos detalhes faciais emergem, que permite a aplicação de algoritmos de reconhecimento facial. "

Devido à dificuldade técnica na construção de sistemas de câmeras polarimétricas térmicas, muito pouca pesquisa havia sido conduzida antes do envolvimento de Gurton e Hu no estudo deste novo fenômeno a partir de 2005.

"Nosso objetivo principal era desenvolver um novo tipo de sistema de câmera que pudesse detectar objetos difíceis, ou impossível, para ver usando câmeras térmicas de última geração, "Gurton disse.

"Estamos trabalhando com o setor privado em uma abordagem de duas frentes, na qual câmeras polarimétricas de nível de pesquisa e de nível comercial robusto estão sendo desenvolvidas, "Gurton disse." É nossa esperança que, no futuro, todos os sistemas de imagens térmicas do Departamento de Defesa implantados terão uma capacidade polarimétrica que pode ser implementada com o simples toque de um botão. "

O principal parceiro do setor privado dos pesquisadores que lida com imagens polarimétricas é a Polaris Sensor Technologies, Inc., em Huntsville, Alabama.

A relação entre ARL e Polaris foi formalizada por meio do programa de Pesquisa de Inovação em Pequenas Empresas do Exército.

"O objetivo do relacionamento com a Polaris é superar todos os problemas técnicos que afetaram as tentativas anteriores de uma nova câmera de imagem térmica, e temos tido sucesso desde a implementação desta nova tecnologia, "Gurton disse.

"Pouco depois de ser contratado na ARL como físico experimental em 1998, Eu herdei um monte de câmeras térmicas antigas dos anos 1980 de um cientista aposentado, "Gurton disse." Fiquei interessado em estudar radiação térmica e queria fazer algo que fosse novo e inovador, e isso não foi exaustivamente estudado. Encontrei vários artigos técnicos antigos da década de 1980 que descreviam tentativas fracassadas de implementar a imagem polarimétrica térmica. "

Quando Gurton falou com os vários engenheiros do setor privado e do DOD que estavam envolvidos nos esforços anteriores, eles declararam que os problemas que limitaram as tentativas anteriores foram devido ao design excessivamente complexo, o que levou a erros significativos de registro incorreto de pixels, o que tornou os sistemas inúteis.

"Pegamos essas lições aprendidas e eu emiti meu primeiro contrato de pesquisa de inovação em pequenas empresas com o Dr. David Chenault da SY Technologies, agora presidente da Polaris Sensor Technologies, "Gurton disse.

Os principais problemas com os esforços anteriores eram duplos. Primeiro, os primeiros esforços eram muito complexos, ela disse.

"Logo no início, pesquisadores tentaram colocar micropolarizadores em pixels individuais de tamanho mícron da matriz de plano focal infravermelho, ou FPA, ", Disse Gurton." Tanto os FPAs quanto a tecnologia de polarizadores de micro-pixel nos anos 80 e 90 eram pouco sofisticados. Durante meu primeiro contrato, Enfatizei uma abordagem KISS, por exemplo, mantenha isso simples, idiota, e insisti que as empresas concorrentes evitassem a chamada abordagem de micro-pixel e propusessem conceitos muito simples a fim de produzir um sistema de câmera polarimétrica térmica de nível de pesquisa calibrado que realmente funcionasse. Para este novo design, decidimos por uma abordagem simples de elemento rotativo, que ainda é o padrão ouro hoje. "

O segundo problema envolvia o registro incorreto de imagens que afetavam os sistemas anteriores, ela disse.

"Em geral, uma imagem polarimétrica é na verdade uma subtração de duas imagens perfeitamente registradas, "Gurton disse." Se as duas imagens estiverem um pouco mal registradas, não vai funcionar. Estabelecemos uma meta de um grau mínimo de registro de falha de 1/10 de um pixel que deveria ser atendido. Atualmente, Polaris Sensor Technologies, Inc., desenvolver rotineiramente sistemas com menos de 1/20 de erros de registro de pixel. "

Gurton disse que acredita que o futuro da comercialização envolverá a implementação da abordagem FPA de micro-pixel anterior que se provou tão difícil, e ainda é extremamente desafiador tecnicamente.

Apesar das dificuldades, A Polaris produziu com sucesso uma câmera baseada em micro-pixel usando microbolômetros não resfriados e está demonstrando isso em testes de campo do Exército e em drones.

Em termos das próximas etapas para concretizar essa tecnologia, Gurton e os outros pesquisadores estão trabalhando ativamente para miniaturizar a plataforma da câmera e tornar os sistemas mais acessíveis.