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超表面元件加神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建多維“視野”相機(jī)|全球熱聞
2024-09-11 15:51:11 來源:科技日?qǐng)?bào) 編輯:


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來源標(biāo)題:超表面元件加神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建多維“視野”相機(jī)

受動(dòng)物界視覺超能力的啟發(fā),美國賓夕法尼亞州立大學(xué)工程學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種超薄光學(xué)元件——超表面。它可連接到傳統(tǒng)相機(jī)上,并通過微小的天線狀納米結(jié)構(gòu),對(duì)快照或視頻中圖像的光譜和偏振數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。團(tuán)隊(duì)同時(shí)開發(fā)了一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),可在標(biāo)準(zhǔn)筆記本電腦上實(shí)時(shí)解碼這些多維視覺信息。研究成果發(fā)表在最新一期《科學(xué)進(jìn)展》上。

蝴蝶能看到人類“看不見的世界”,包括更多的顏色、場振蕩方向、光的偏振。此次研究團(tuán)隊(duì)受此啟發(fā),通過將超表面集成到傳統(tǒng)相機(jī)中,將其改造成緊湊、輕便的高光譜偏振相機(jī)。

高光譜和偏振相機(jī)通常體積龐大,生產(chǎn)成本高昂,而且只能捕獲光譜或偏振數(shù)據(jù),不能同時(shí)捕獲兩者。相比之下,將一個(gè)3毫米×3毫米的超表面放置在攝影相機(jī)的鏡頭和傳感器之間,能同時(shí)拍攝兩種類型的圖像數(shù)據(jù),并立即將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。

團(tuán)隊(duì)利用數(shù)據(jù)增強(qiáng)技術(shù)構(gòu)建了一個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)框架。該框架利用180萬張圖像進(jìn)行了訓(xùn)練,可解碼原始圖像以顯示光譜和偏振信息。他們通過在不同激光束照射下錄制透明字母的視頻,測試了該超表面和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。他們還拍攝了圣甲蟲的圖像,這種甲蟲以反射其他同類可見的圓偏振光而聞名。

研究人員表示,超表面制造成本低廉,如果實(shí)現(xiàn)商業(yè)化,那么消費(fèi)者就能輕松獲取不同物體的高光譜偏振信息。譬如,人們可帶著該相機(jī)去超市,拍照并評(píng)估貨架上水果和蔬菜的新鮮度。

這款增強(qiáng)型相機(jī)為人們打開了一扇通往“看不見的世界”的窗戶。在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中,高光譜偏振信息可用于區(qū)分體內(nèi)組織和結(jié)構(gòu)特性,幫助診斷癌細(xì)胞等。

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