Imagem hiperespectral infravermelha habilitada por pontos quânticos com detecção de pixel único

A geração de imagens hiperespectrais no infravermelho próximo (NIR) é uma tecnologia de detecção altamente promissora, capaz de capturar informações espectrais-espaciais 3D detalhadas, facilitando a identificação e a caracterização de materiais e alvos com base em suas assinaturas espectrais.

Amplamente utilizada em vários setores, como química, agricultura e militar, essa tecnologia depende de estratégias como óptica dispersiva e filtros de luz de banda estreita.

No entanto, existem limitações nessas abordagens. Além disso, a fabricação de conjuntos de detectores de InGaAs em larga escala apresenta desafios, necessitando do desenvolvimento de novos métodos e algoritmos experimentais para avançar a tecnologia de imagem hiperespectral infravermelha em termos de miniaturização e custo-efetividade.

Em um artigo publicado em Ciência da Luz e Aplicaçõesuma equipe liderada pelo Professor Baoqing Sun e Yuan Gao da Universidade de Shandong apresenta um novo método para codificar dados espectrais e espaciais no infravermelho próximo.

Por meio da integração de filtros de cor de ponto quântico coloidal (CQD) automontados e um dispositivo de microespelho digital (DMD), eles realizaram a reconstrução cooperativa de dados espectrais e de imagem por meio da detecção de pixel único. Aproveitando a curva de absorção ajustável de CQDs em uma ampla faixa de comprimento de onda, eles projetaram filtros NIR com base na estrutura de automontagem de CQDs, controlada por características de superfície e taxa de evaporação da solução.

A estrutura de absorção de excitons característica das linhas espectrais de transmissão dos CQDs os dotou de maior aleatoriedade e eficiência de codificação espectral em comparação aos filtros de cor tradicionais. Empregar CQDs e DMD para codificação de informações espectrais e espaciais, juntamente com um detector de pixel único e algoritmo de detecção comprimido, facilitou a associação do espectro de transmissão do filtro CQD com o padrão de projeção gerado pelo DMD.

Isso permitiu a aquisição de imagens hiperespectrais NIR de alta resolução. Cada pixel, incorporando uma característica espectral completa, permitiu a reconstrução simultânea do espectro e da dimensão espacial, enraizada no princípio da detecção de pixel único.

Os autores escrevem: “Ao combinar um detector de pixel único com filtros CQD, eliminamos a necessidade de um sensor de matriz 2D dispendioso, normalmente empregado em sistemas de imagem hiperespectral convencionais, reduzindo assim a complexidade e o custo do sistema. As capacidades de reconstrução espectral e resolução espacial obtidas demonstram a eficácia do nosso sistema e o potencial promissor para dispositivos de imagem hiperespectral acessíveis e portáteis.

“Além disso, nossa estratégia integra codificação espectral e espacial, permitindo potencialmente a reconstrução simultânea e interligada de espectros e imagens por meio da aplicação direta de um algoritmo de sensoriamento comprimido no cubo de dados hiperespectrais. Essa abordagem difere da aplicação do algoritmo separadamente às dimensões espectrais e espaciais, oferecendo o potencial para um processo de imagem hiperespectral mais eficiente.”