Die Kamera nimmt Bilder des Inneren fester Objekte auf

Ein Team hat eine nichtlineare Kamera entwickelt, die mithilfe von elektromagnetischen Terahertz (THz)-Wellen hochauflösende Bilder des Inneren fester Objekte aufnehmen kann. Mit THz-Strahlung erzeugte Bilder werden als hyperspektral bezeichnet, weil das Bild aus Pixeln besteht, die jeweils die elektromagnetische Signatur des Objekts an diesem Punkt enthalten.

THz-Strahlung liegt im elektromagnetischen Spektrum zwischen Mikrowellen und Infrarot und durchdringt leicht Materialien wie Papier, Kleidung und Kunststoff auf die gleiche Weise wie Röntgenstrahlen, ohne jedoch schädlich zu sein. Es kann selbst mit den empfindlichsten biologischen Proben sicher verwendet werden. Die THz-Bildgebung ermöglicht es, die molekulare Zusammensetzung von Objekten zu sehen und zwischen verschiedenen Materialien wie beispielsweise Zucker und Kokain zu unterscheiden.

Der Fingerabdruck aller Details des Bildes bleibt so erhalten, dass die Beschaffenheit des Objekts vollständig untersucht werden kann. Bisher wurden Kameras, die in der Lage sind, ein hyperspektrales Bild aufzunehmen, das die durch THz-Strahlung offenbarten feinen Details bewahrt, nicht für möglich gehalten.

Das Team verwendete eine Einzelpixelkamera, um Probenobjekte mit THz-Lichtmustern abzubilden. Der Prototyp kann erkennen, wie das Objekt verschiedene THz-Lichtmuster verändert. Durch die Kombination dieser Informationen mit der Form jedes Originalmusters zeigt die Kamera das Bild eines Objekts sowie seine chemische Zusammensetzung.

THz-Strahlungsquellen sind sehr schwach und die hyperspektrale Bildgebung hatte bisher eine begrenzte Wiedergabetreue. Um dies zu überwinden, richtete das Team einen Standardlaser auf ein einzigartiges nichtlineares Material, das in der Lage ist, sichtbares Licht in THz umzuwandeln. Die Prototyp-Kamera erzeugt sehr nah an der Probe elektromagnetische THz-Wellen, ähnlich wie ein Mikroskop funktioniert. Da THz-Wellen direkt durch ein Objekt wandern können, ohne es zu beeinträchtigen, zeigen die resultierenden Bilder die Form und Zusammensetzung von Objekten in drei Dimensionen.

Die nächste Forschungsphase wird die Beschleunigung des Bildrekonstruktionsprozesses und die Anwendung von THz-Kameras auf reale Anwendungen wie Flughafensicherheit, intelligente Autosensoren, Qualitätskontrolle in der Fertigung und Scanner zur Erkennung von Gesundheitsproblemen wie Hautkrebs sein.