Инженеры из Техасского университета в Далласе и Сеульского национального университета в последнее время пытались разработать компактную технологию для интеграции в мобильные устройства и, одновременно, улучшить качество изображения. В результате они разработали чип-тепловизор, вдохновленный рентгеновским зрением Супермена, который может быть использован в мобильных устройствах для идентификации объектов за стенами или внутри упаковок.
По сообщению команды исследователей, их технология позволит устройствам обнаруживать шпильки, деревянные балки или проводку за стенами, трещины в трубах или очертания содержимого конвертов и упаковок. Они также планируют ее применение в медицине. “Потребовалось 15 лет исследований, которые позволили улучшить производительность пикселей в 100 миллионов раз в сочетании с методами цифровой обработки сигналов, чтобы сделать возможной такую демонстрацию изображений. Эта инновационная технология демонстрирует потенциальные возможности получения изображений в ТГц-диапазоне”, - говорит доктор Брайан Гинзбург, директор по радиочастотным и сверхзвуковым исследованиям в лабораториях Килби в Texas Instruments.
Тепловизор исследователей представляет собой матрицу из высокочастотных приемопередающих пикселей размером 1×3, работающую на частоте 300 ГГц. Устройство излучает сигналы в миллиметровом диапазоне электромагнитных частот между микроволнами и инфракрасным излучением. Эти сигналы невидимы для человеческого глаза и считаются безопасными для человека. Аналогичная технология использует микроволны в больших стационарных устройствах для досмотра пассажиров, которые обычно используются в аэропортах.
По словам исследователей, эти миниатюрные устройства включают в себя малошумящий усилитель, каскад дифференциального усиления и сложный микшер для выделения амплитуды и фазы сигнала. Вся установка занимает площадь, равную половине длины волны используемого сигнала. “Мы разработали чип без линз или оптики, чтобы он мог поместиться в мобильном устройстве. Пиксели, которые создают изображения путем обнаружения сигналов, отраженных от целевого объекта, имеют форму квадрата размером 0,5 мм, размером с песчинку”, - рассказывает доктор Вуель Чой, доцент Сеульского национального университета и автор статьи в журнале Техасского университета в Далласе.
Учитывая проблемы конфиденциальности, исследователи разработали указанную технологию для использования только на близком расстоянии, примерно в 1 дюйме от объекта. По сообщению исследователей, если вор попытается, например, просканировать своим мобильным устройством с использованием предложенной ими инновационной технологии содержимое сумки человека, ему нужно будет подобраться как можно ближе, но тогда жертва увидит, что он делает. Проведенные командой экспериментальные испытания показали, что два таких чипа могут отображать объект на расстоянии около 1 см через картонную оболочку без использования линз.
Фазовый и амплитудный выходы приемопередатчиков позволили увеличить эффективную диафрагму от области пикселя до всей области сканирования, значительно улучшив качество изображения и разрешение. Более того, комбинируя фазы матрицы передатчиков, исследователи смогли улучшить изоляцию между передающей и приемной парами примерно на 10 дБ, достигнув примерно 70 дБ. Исследователи подчеркивают, что такое улучшение ограничивает помехи и увеличивает дальность действия по сравнению с использованием однопиксельных пар с проводящей стенкой.
Команда разработчиков заявляет, что сегодня они работают над созданием чипа, который сможет делать снимки на расстоянии до 5 дюймов. По их мнению, эта версия чипа для создания изображений облегчит просмотр объектов меньшего размера. Исследователи надеются, что их прорыв в области получения изображений на малых расстояниях может проложить путь к передовым приложениям в различных областях, особенно в медицине.
Как сообщается, исследование было проведено при поддержке научной программы Texas Instruments по фундаментальным технологиям в области миллиметровых и высокочастотных микросистем и Глобальной исследовательской программы Samsung. Подробности исследования опубликованы в журнале IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology.
