Advances in Hyperspectral Long Wave Infrared Imaging

Abstract

Dette industrielle ph.d.-projekt er et samarbejde mellem Newtec Engineering A/S og NanoSYD ved Syddansk Universitet med finansiel støtte fra Innovationsfonden. Projektet fokuserer på udvikling og anvendelse af et hyperspektralt billedsystem, der kombinerer et termisk kamera udstyret med en mikrobolometerdetektor og et lavordens skannende Fabry-Pérot-interferometer (SFPI). Systemet opererer i det langbølgede infrarøde (LWIR - Long Wave Infrared) spektralområde, der dækker bølgelængder fra 8 µm til 15 µm. SFPI’et består af to delvist transmitterende spejle, som er placeret tæt på hinanden (i størrelsesordenen mikrometer) for at danne et optisk kavitet. Den præcise kavitetlængde er afgørende for fordelingen af transmitterede bølgelængder. Det er muligt at konstruere en hyperspektral datakube ud fra billeder taget ved forskellige kavitetslængder.

En væsentlig del af denne afhandling er dedikeret til at beskrive og modellere SFPI’et, som giver billedsystemet dets hyperspektrale egenskaber. I modsætning til konventionelle systemer, hvor den spektrale akse agives i bølgelængder eller i bølgetal, måler SFPI’et i kavitetlængder, hvilket effektivt resulterer i et interferogram. Dette medfører unikke udfordringer både inden for databehandling og ved fortolkningen af resultater.

En central udfordring er at forstå sammenhængen mellem den indkommende stråling og de målte interferogrammer. En endnu mere kompleks problemstilling opstår ved det inverse problem, hvor interferogrammerne skal konverteres tilbage til bølgelængde-domænet. Denne inverse problemstilling er underbestemt, hvilket vansekliggør beregningerne. Flere potentielle løsninger på dette problem udforskes i detaljer.

Afslutningsvis fremhæver denne afhandling flere potentielle anvendelser af den præsenterede teknologi, herunder klassifikation af kommercielle, sorte plasttyper, mineralanalyse og klassificering af forskellige kulbrinteholdige flammer. Disse anvendelser demonstrerer alsidigheden af det hyperspektrale billedsyst og dets potentiale inden for forskellige videnskabelige og industrielle sammenhænge.