Investigadores del Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. Han desarrollado un nuevo tipo de cámara termográfica que permite a los soldados ver objetos ocultos que antes eran indetectables.

Dr. Kristan Gurton, físico experimental en la Dirección de Ciencias Computacionales y de la Información, y el Dr. Sean Hu, ingeniero electrónico en la Dirección de Sensores y Dispositivos Electrónicos, están liderando este esfuerzo para el laboratorio.

Según Gurton, todos los objetos que tienen una temperatura distinta de cero emiten radiación térmica en la porción infrarroja del espectro, y la intensidad de esa radiación es proporcional a su temperatura.

La radiación térmica siempre está presente en el medio ambiente independientemente de si es de día o de noche. razón por la cual el Ejército usa cámaras térmicas para ver objetos que a menudo están ocultos en la oscuridad.

Sin embargo, además de la intensidad de la radiación infrarroja, Hay otra característica de la luz que a menudo se ignora cuando se trata de imágenes:el estado de polarización.

"Los investigadores saben desde hace unos 30 años que los objetos artificiales emiten radiación térmica que está parcialmente polarizada, por ejemplo, camiones aeronave, edificios vehículos etc., y que los objetos naturales como la hierba, tierra, los árboles y arbustos tienden a emitir radiación térmica que exhibe muy poca polarización, ", Dijo Gurton." Hemos estado desarrollando, con la ayuda del sector privado, un tipo especial de cámara térmica que puede grabar imágenes que se basan únicamente en el estado de polarización de la luz en lugar de en la intensidad. Esta información polarimétrica adicional permitirá a los soldados ver objetos ocultos que antes no eran visibles cuando se usaban cámaras térmicas convencionales ".

Gurton persigue el desarrollo del hardware de la cámara, mientras que Hu está trabajando en un software diseñado para aprovechar al máximo la información adicional que proporcionan las imágenes térmicas polarimétricas.

Según Gurton, mientras que el Ejército siempre ha tenido un sólido programa de imágenes térmicas convencionales, sus esfuerzos son una progresión natural que intenta avanzar más en la tecnología.

"Las aplicaciones específicas de los soldados que hemos estado investigando incluyen la detección de cables trampa y trampas explosivas ocultos, capacidad mejorada para ver objetivos camuflados, identificación de minas terrestres enterradas y artefactos explosivos improvisados, y mejor orientación y seguimiento de misiles, morteros vehículos aéreos no tripulados y otras amenazas aéreas, "Dijo Gurton.

El descubrimiento más reciente y emocionante del equipo implica la capacidad de detectar e identificar sujetos humanos específicos durante la oscuridad total.

"Antes de nuestra investigación en ARL, la única forma de ver a los humanos por la noche era utilizar imágenes térmicas convencionales, "Dijo Gurton." Desafortunadamente, tales imágenes están plagadas de un efecto "fantasma" en el que se pierden los rasgos faciales detallados necesarios para la identificación humana. Sin embargo, cuando se incluye información de polarización en la imagen térmica, es decir., una imagen polarimétrica térmica, surgen finos detalles faciales, lo que permite aplicar algoritmos de reconocimiento facial ".

Debido a la dificultad técnica en la construcción de sistemas de cámaras térmicas polarimétricas, Se habían realizado muy pocas investigaciones antes de la participación de Gurton y Hu en el estudio de este fenómeno novedoso a partir de 2005.

"Nuestro objetivo principal era desarrollar un nuevo tipo de sistema de cámara que pudiera detectar objetos que eran difíciles, o imposible, para ver el uso de cámaras térmicas de última generación, "Dijo Gurton.

"Estamos trabajando con el sector privado en un enfoque de dos puntas en el que se están desarrollando cámaras polarimétricas de grado de investigación y resistentes de grado comercial, ", Dijo Gurton." Esperamos que en el futuro, todos los sistemas de imágenes térmicas del Departamento de Defensa desplegados tendrán una capacidad polarimétrica que se puede implementar con solo presionar un botón ".

El principal socio del sector privado de los investigadores que se ocupa de las imágenes polarimétricas es Polaris Sensor Technologies, C ª., en Huntsville, Alabama.

La relación entre ARL y Polaris se ha formalizado a través del programa de Investigación de Innovación de Pequeñas Empresas del Ejército.

"El objetivo de la relación con Polaris es superar todos los problemas técnicos que plagaron los intentos anteriores de una nueva cámara termográfica, y hemos tenido éxito desde que implementamos esta nueva tecnología, "Dijo Gurton.

"Poco después de que me contrataran en ARL como físico experimental en 1998, Heredé un montón de cámaras térmicas antiguas de la década de 1980 de un científico jubilado, ", Dijo Gurton." Me interesé en estudiar la radiación térmica y quería hacer algo nuevo y novedoso, y eso no había sido estudiado exhaustivamente. Encontré varios artículos técnicos antiguos de la década de 1980 que describen intentos fallidos de implementar imágenes térmicas polarimétricas ".

Cuando Gurton habló con los diversos ingenieros tanto del sector privado como del Departamento de Defensa que participaron en los esfuerzos anteriores, declararon los problemas de que los intentos anteriores limitados se debieron a un diseño demasiado complejo, lo que provocó importantes errores de registro de píxeles, lo que inutilizó los sistemas.

"Tomamos esas lecciones aprendidas y emití mi primer contrato de Investigación en Innovación para Pequeñas Empresas con el Dr. David Chenault de SY Technologies, ahora presidente de Polaris Sensor Technologies, "Dijo Gurton.

Los principales problemas de los esfuerzos anteriores fueron dobles. Primero, los primeros esfuerzos fueron demasiado complejos, ella dijo.

"Temprano, Los investigadores intentaron colocar micropolarizadores en píxeles individuales de tamaño micrón de la matriz de plano focal infrarrojo, o FPA, "Dijo Gurton." Tanto los FPA como la tecnología de polarizadores de micropíxeles en los años 80 y 90 eran bastante poco sofisticados. Durante mi primer contrato, Hice hincapié en un enfoque KISS, por ejemplo, Mantenlo simple y estúpido e insistí en que las empresas de la competencia evitaran el llamado enfoque de micropíxeles y propongan conceptos muy simples para producir un sistema de cámara polarimétrica térmica calibrada de grado de investigación que realmente funcione. Para este nuevo diseño, nos decidimos por un enfoque de elemento giratorio simple, que sigue siendo el patrón oro en la actualidad ".

El segundo problema involucró el registro incorrecto de imágenes que plagaron los sistemas anteriores, ella dijo.

"En general, una imagen polarimétrica es en realidad una resta de dos imágenes perfectamente registradas, ", Dijo Gurton." Si las dos imágenes están levemente mal registradas, no funcionará. Establecimos un objetivo de un grado mínimo de registro erróneo de 1/10 de un píxel que debía cumplirse. En la actualidad, Tecnologías de sensores Polaris, C ª., desarrolle sistemáticamente sistemas que tengan menos de 1/20 de errores de registro de píxeles ".

Gurton dijo que cree que el futuro de la comercialización implicará la implementación del enfoque anterior de FPA de micro píxeles que resultó tan difícil, y sigue siendo extremadamente desafiante desde el punto de vista técnico.

A pesar de las dificultades, Polaris ha producido con éxito una cámara basada en micro píxeles utilizando microbolómetros no refrigerados y lo está demostrando en pruebas de campo del Ejército y en drones.

En cuanto a los próximos pasos para hacer realidad esta tecnología, Gurton y los otros investigadores están trabajando activamente para miniaturizar la plataforma de la cámara y hacer que los sistemas sean más asequibles.