近日，华中科技大学光电信息学院易飞课题组引领的科研团队在中红外热成像技术领域取得显著突破。该团队的研究论文“Single 5-Centimeter-Aperture Metalens Enabled Intelligent Lightweight Mid-infrared Thermographic Camera”在国际顶级学术期刊《科学进展》上发表。侯铭铭为论文的第一作者。
该团队开发了一种新型单片式5厘米超构透镜中红外相机，被授权中国发明专利（一种大口径红外超透镜相机，专利号2021112394165）和美国专利（Large-aperture Infrared Metalens Camera，专利号US11815665B2）。这款相机以一枚超构透镜为核心，厚度仅为0.5毫米，重量仅3.7克，实现了成像系统的小型化和轻量化。
中红外热成像技术因具备夜视能力和对场景物理属性的深入洞察而备受关注。然而，现有中红外热成像系统包括了多片折射型曲面透镜，这导致成像系统的尺寸、重量和功率（SWaP）较大。团队开发的相机结合了5厘米大口径超构透镜和非制冷焦平面阵列（FPA），实现了数十米远距离的热成像。通过计算方法去除杂光，相机能够在35至700摄氏度范围内实现精度小于±0.7%的温度映射，并展现出卓越的环境适应性。此外，该相机还采用了智能算法和滤光技术，能够在5米远的距离上可视化和量化六氟化硫气体泄漏，最小可检测泄漏率仅为0.2 sccm。
这项工作有效解决了传统热成像相机在成像距离和SWaP之间的权衡问题，为小型SWaP和多功能智能热成像系统的开发铺平了道路。这项技术在监视、侦察、导航、医疗诊断、建筑检查以及危险气体泄漏检测和成像等多个领域具有广泛的应用前景。
研究团队从口径波长、制造、技术原理等多个方面细致地调研了当前平面透镜的发展现状，在理论上深入研究了口径对于红外超构透镜的影响，还详细介绍了超构透镜的设计和制造过程，包括采用多掩模联合步进光刻技术来定义5厘米超构透镜的版图。此外，他们还介绍了如何通过智能算法和图像去卷积处理来提高相机的成像性能和环境适应性。
本研究由国家重点研发计划、国家自然科学基金、光谷实验室创新项目、深圳市科技计划，以及某预先研究项目和烟台开发区领军人才项目对本研究工作资助支持。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ado4847
