No presente trabalho, investigamos algumas propriedades e aplicações para imagens de diferença de polarização (PDI\'s) propondo dois sistemas de aquisição destas imagens como alternativas à arquitetura proposta por Tyo (1996). O primeiro sistema aqui abordado faz uso de duas câmeras e dois polarizadores para a obtenção de PDI\'s. A redundância, em termos de elementos de aquisição de imagens, visa suprir uma deficiência do sistema supracitado, qual seja a sua impossibilidade de operar em tempo real. O segundo projeto propõe a utilização de filtros polarizadores baseados em implementações de estruturas Fabry-Perot utilizando-se filmes finos birrefringentes de TiOx, como elemento principal de um dispositivo que possa ser produzido na forma de um microssistema integrado de aquisição de imagens completamente compatível com as tecnologias de produção CMOS disponíveis hoje em dia. Dadas as possibilidades envolvendo esse último projeto, definimos como objetivo principal deste trabalho a obtenção de filtros polarizadores baseados em tecnologia de filmes finos birrefringentes, que foram obtidos por deposição física num equipamento de Sputtering DC. Na etapa de análise dos dados, foram feitas caracterizações ópticas (espectrofotometria) e RBS tanto dos filtros finais quanto dos filmes de TiOx, que foram ensaiados previamente para a extração de parâmetros necessários para o projeto dos filtros de interferência. Conclui-se o trabalho comprovando a possibilidade de se obter filtros polarizadores que possam ser utilizados em sistemas integrados de aquisição de imagens, mas ressalva-se que o equipamento de Sputtering DC empregado não é o ideal para essa aplicação, sugerindo-se o uso de equipamentos capazes de monitorar espessura e índices de refração durante o processo de deposição dos filmes (um exemplo seria um sistema de deposição por e-beam acoplado a um elipsômetro de transmitância) / In the present work, it was investigated some properties and applications for polarization-difference images (PDI\'s), what led us to the proposition of two acquisition systems for such images as alternatives to the architecture proposed by Tyo (1996). The first system here discussed uses two cameras and two polarizers in the attainment of PDI\'s. The image elements redundancy is supposed to overcome a deficiency of the above-mentioned system that is its inability to operate in real time. The second project proposes the use of polarizing filters based on Fabry-Perot structures obtained with birefringent thin films of TiOx. Such filters are the key elements in a device that can be implemented as an integrated microsystem, fully compatible with the CMOS production technologies, available nowadays. Given the possibilities associated with this last project, it was defined as the main goal of this work, the attainment of polarizing filters based on birefringent thin films technology, physically deposited by a DC Sputtering equipment. During the phase of data analysis, it was carried out optical characterizations (spectrofotometry) as well as RBS analysis, both for the filters itself and for the TiOx films, that were previously investigated in order to determine the required parameters for the design of the interference filters. This work is concluded by proving the possibility of using polarizing filters in integrated image acquisition systems, but a remark ismade stating that the employed equipment is not the ideal one for such applications and it is suggested the use of deposition set up capable to monitor thickness and refractive indexes during the run (an example would be an e-beam equipment connected to a transmittance ellipsometer).

No presente trabalho, investigamos algumas propriedades e aplicações para imagens de diferença de polarização (PDI\'s) propondo dois sistemas de aquisição destas imagens como alternativas à arquitetura proposta por Tyo (1996). O primeiro sistema aqui abordado faz uso de duas câmeras e dois polarizadores para a obtenção de PDI\'s. A redundância, em termos de elementos de aquisição de imagens, visa suprir uma deficiência do sistema supracitado, qual seja a sua impossibilidade de operar em tempo real. O segundo projeto propõe a utilização de filtros polarizadores baseados em implementações de estruturas Fabry-Perot utilizando-se filmes finos birrefringentes de TiOx, como elemento principal de um dispositivo que possa ser produzido na forma de um microssistema integrado de aquisição de imagens completamente compatível com as tecnologias de produção CMOS disponíveis hoje em dia. Dadas as possibilidades envolvendo esse último projeto, definimos como objetivo principal deste trabalho a obtenção de filtros polarizadores baseados em tecnologia de filmes finos birrefringentes, que foram obtidos por deposição física num equipamento de Sputtering DC. Na etapa de análise dos dados, foram feitas caracterizações ópticas (espectrofotometria) e RBS tanto dos filtros finais quanto dos filmes de TiOx, que foram ensaiados previamente para a extração de parâmetros necessários para o projeto dos filtros de interferência. Conclui-se o trabalho comprovando a possibilidade de se obter filtros polarizadores que possam ser utilizados em sistemas integrados de aquisição de imagens, mas ressalva-se que o equipamento de Sputtering DC empregado não é o ideal para essa aplicação, sugerindo-se o uso de equipamentos capazes de monitorar espessura e índices de refração durante o processo de deposição dos filmes (um exemplo seria um sistema de deposição por e-beam acoplado a um elipsômetro de transmitância) / In the present work, it was investigated some properties and applications for polarization-difference images (PDI\'s), what led us to the proposition of two acquisition systems for such images as alternatives to the architecture proposed by Tyo (1996). The first system here discussed uses two cameras and two polarizers in the attainment of PDI\'s. The image elements redundancy is supposed to overcome a deficiency of the above-mentioned system that is its inability to operate in real time. The second project proposes the use of polarizing filters based on Fabry-Perot structures obtained with birefringent thin films of TiOx. Such filters are the key elements in a device that can be implemented as an integrated microsystem, fully compatible with the CMOS production technologies, available nowadays. Given the possibilities associated with this last project, it was defined as the main goal of this work, the attainment of polarizing filters based on birefringent thin films technology, physically deposited by a DC Sputtering equipment. During the phase of data analysis, it was carried out optical characterizations (spectrofotometry) as well as RBS analysis, both for the filters itself and for the TiOx films, that were previously investigated in order to determine the required parameters for the design of the interference filters. This work is concluded by proving the possibility of using polarizing filters in integrated image acquisition systems, but a remark ismade stating that the employed equipment is not the ideal one for such applications and it is suggested the use of deposition set up capable to monitor thickness and refractive indexes during the run (an example would be an e-beam equipment connected to a transmittance ellipsometer).

Background. The real-time renderers used in video games and similar graphics applications do not model the polarization aspect of light. Polarization parameters have previously been incorporated in some offline ray-traced renderers to simulate polarizing filters and various optical effects. As ray tracing is becoming more and more prevalent in real-time renderers, these polarization techniques could potentially be used to simulate polarization and its optical effects in real-time applications as well. Objectives. This thesis aims to determine if an existing polarization technique from offline renderers is, from a performance standpoint, viable to use in real-time ray-traced applications to simulate polarizing filters, or if further optimizations and simplifications would be needed. Methods. Three ray-traced renderers were implemented using the DirectX RayTracing API: one polarization-less Baseline version; one Polarization version using an existing polarization technique; and one optimized Hybrid version, which is a combination of the other two. Their performance was measured and compared in terms of frametimes and VRAM usage in three different scenes and with five different ray counts. Results. The Polarization renderer is ca. 30% slower than the Baseline in the two more complex scenes, and the Hybrid version is around 5–15% slower than the Baseline in all tested scenes. The VRAM usage of the Polarization version was higher than the Baseline one in the tests with higher ray counts, but only by negligible amounts. Conclusions.  The Hybrid version has the potential to be used in real-time applications where high frame rates are important, but not paramount (such as the commonly featured photo modes in video games). The performance impact of the Polarization renderer's implementation is greater, but it could potentially be used as well. Due to limitations in the measurement process and the scale of the test application, no conclusions could be made about the implementations' impact on VRAM usage. / Bakgrund. Realtidsrenderarna som används i videospel och liknande grafikapplikationer simulerar inte ljusets polarisering. Polariseringsinformation har tidigare implementerats i vissa stålföljningsbaserade (ray-traced) offline-renderare för att simulera polariseringsfilter och diverse optiska effekter. Eftersom strålföljning har blivit allt vanligare i realtidsrenderare så kan dessa polariseringstekniker potentiellt också användas för att simulera polarisering och dess optiska effekter i sådana program. Syfte. Syftet med denna rapport är att avgöra om en befintlig polariseringsteknik från offline-renderare, från en prestandasynpunkt, är lämplig att använda för att simulera polariseringsfilter i stålföljningsbaserade realtidsapplikationer, eller om ytterligare optimeringar och förenklingar behövs. Metod. DirectX RayTracing API:et har använts för att implementera tre stålföljningsbaserade realtidsrenderare: en polarisationsfri Baseline-version; en Polarization-version med en befintlig polariseringsteknik; och en optimerad Hybrid-version, som är en kombination av de andra två. Deras prestanda mättes och jämfördes med avseende på frametime och VRAM-användning i tre olika scener och med fem olika antal strålar per pixel. Resultat. Polarization-versionen är ca 30% långsammare än Baseline-versionen i de två mest komplexa scenerna, och Hybrid-versionen är ca 5–15% långsammare än Baseline-versionen i alla testade scener. Polarization-versionens VRAM-användningen var högre än Baseline-versions i testerna med högre strålantal, men endast med försumbara mängder. Slutsatser. Hybrid-versionen har potential att användas i realtidsapplikationer där höga bildhastigheter är viktiga, men inte absolut nödvändiga (exempelvis de vanligt förekommande fotolägena i videospel). Polarization-versionens implementation hade sämre prestanda, men även den skulle potentiellt kunna användas i sådana applikationer. På grund av mätprocessens begränsningar och testapplikationens omfattning så kunde inga slutsatser dras gällande implementeringarnas påverkan på VRAM-användning.