研究人員開發(fā)新型光學傳感器，能進行高光譜和偏振成像

受螳螂蝦眼睛的啟發(fā)，研究人員開發(fā)了一種新型光學傳感器，該傳感器小到可以裝在智能手機上，但能夠進行高光譜和偏振成像。

“許多人工智能(AI)程序可以利用數(shù)據(jù)豐富的高光譜和極化圖像，但是捕獲這些圖像所需的設(shè)備目前有些龐大，”北卡羅萊納州立大學電氣與計算機工程副教授、論文共同作者邁克爾·庫德諾夫(Michael Kudenov)說，“我們在這里的工作使更小巧，更用戶友好的設(shè)備成為可能。這將使我們能夠更好地將這些AI功能應用于從天文學到生物醫(yī)學的各個領(lǐng)域?！?/p>

在本研究的背景下，高光譜成像是指可以將可見光波長分解為更窄波段的技術(shù)。人眼無法區(qū)分顏色的這些細微變化，但是計算機可以-使高光譜成像對于諸如確定圖像中對象的化學成分之類的任務很有價值。

偏振法是指光中偏振的測量，該數(shù)據(jù)可用于確定圖像中對象的表面幾何形狀。例如，表面是否粗糙或光滑?表面相對于光源的角度是多少?

光是很難描述的，因為它既是粒子又是波。如果有一束光從點A移動到點B，則這兩點之間的路徑就是光的方向。如果您將光視為粒子，則它是從點A到點B沿直線移動。但是，光還是電磁場，其波動像波一樣。如果您將該波想象為從點A到點B傳播時上下擺動或左右擺動，則極化度是該波沿路徑的方向的量度。

盡管有更大的設(shè)備能夠捕獲高光譜和偏振圖像，但智能手機大小的成像技術(shù)卻面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

例如，手機攝像頭技術(shù)的設(shè)計會導致最終圖像中不同波長的光的對齊出現(xiàn)非常小的誤差。結(jié)果對于拍攝家庭照片來說并不是什么大問題，但對于科學圖像分析卻是有問題的。當相機可以捕獲更多顏色時(與高光譜技術(shù)一樣)，問題就更加惡化了。

新的光傳感器的創(chuàng)造者靈感來自螳螂蝦的眼睛，它們非常擅長準確捕捉細微的顏色漸變。因此，研究人員創(chuàng)造了一種模仿螳螂蝦眼的有機電子傳感器。它被稱為氣孔足啟發(fā)多光譜和極化分析(SIMPOL)傳感器。而且，是的，stomatopod是螳螂蝦的花哨名稱。

研究人員開發(fā)了一種原型SIMPOL傳感器，該傳感器可以同時記錄四個光譜通道和三個極化通道。相比之下，智能手機中使用的電荷耦合設(shè)備只有三個光譜成像傳感器，分別檢測紅色，綠色和藍色。只有兩個極化通道此外，SIMPOL原型可以在一個點上測量四個顏色通道和三個偏振通道，而CCD則依賴于分布在多個點上的成像傳感器。

雖然只是概念上的證明，但研究人員使用建模仿真來確定該設(shè)計可用于創(chuàng)建能夠感應多達15個空間配準的光譜通道的檢測器。

Kudenov說：“SIMPOL的彩色通道可以辨別比典型的成像傳感器窄10倍的光譜特征;換句話說，它的精確度要高10倍。”

該論文的共同通訊作者，北卡羅來納州立大學機械與航空航天工程副教授布倫丹·奧康納說：“我們的工作表明，有可能制造出能夠同時捕獲高光譜和偏振圖像的小型高效傳感器?！薄拔艺J為這為新型有機電子傳感技術(shù)打開了大門?！?/p>