“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(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程副教授、論文共同作者邁克爾·庫(kù)德諾夫(Michael Kudenov)說(shuō)，“我們?cè)谶@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(yīng)用于從天文學(xué)到生物醫(yī)學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。”
在本研究的背景下，高光譜成像是指可以將可見光波長(zhǎng)分解為更窄波段的技術(shù)。人眼無(wú)法區(qū)分顏色的這些細(xì)微變化，但是計(jì)算機(jī)可以-使高光譜成像對(duì)于諸如確定圖像中對(duì)象的化學(xué)成分之類的任務(wù)很有價(jià)值。
偏振法是指光中偏振的測(cè)量，該數(shù)據(jù)可用于確定圖像中對(duì)象的表面幾何形狀。例如，表面是否粗糙或光滑？表面相對(duì)于光源的角度是多少？
光是很難描述的，因?yàn)樗仁橇Ｗ佑质遣?。如果有一束光從點(diǎn)A移動(dòng)到點(diǎn)B，則這兩點(diǎn)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(diǎn)A到點(diǎn)B沿直線移動(dòng)。但是，光還是電磁場(chǎng)，其波動(dòng)像波一樣。如果您將該波想象為從點(diǎn)A到點(diǎn)B傳播時(shí)上下擺動(dòng)或左右擺動(dòng)，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(jī)大小的成像技術(shù)卻面臨著巨大的挑戰(zhàn)。
例如，手機(jī)攝像頭技術(shù)的設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致終圖像中不同波長(zhǎng)的光的對(duì)齊出現(xiàn)非常小的誤差。結(jié)果對(duì)于拍攝家庭照片來(lái)說(shuō)并不是什么大問(wèn)題，但對(duì)于科學(xué)圖像分析卻是有問(wèn)題的。當(dāng)相機(jī)可以捕獲更多顏色時(shí)(與高光譜技術(shù)一樣)，問(wèn)題就更加惡化了。
新的光傳感器的創(chuàng)造者靈感來(lái)自螳螂蝦的眼睛，它們非常擅長(zhǎng)準(zhǔn)確捕捉細(xì)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(jī)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(shí)記錄四個(gè)光譜通道和三個(gè)極化通道。相比之下，智能手機(jī)中使用的電荷耦合設(shè)備只有三個(gè)光譜成像傳感器，分別檢測(cè)紅色，綠色和藍(lán)色。只有兩個(gè)極化通道此外，SIMPOL原型可以在一個(gè)點(diǎn)上測(cè)量四個(gè)顏色通道和三個(gè)偏振通道，而CCD則依賴于分布在多個(gè)點(diǎn)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(lái)確定該設(shè)計(jì)可用于創(chuàng)建能夠感應(yīng)多達(dá)15個(gè)空間配準(zhǔn)的光譜通道的檢測(cè)器。
Kudenov說(shuō)：“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(shuō)，它的精確度要高10倍。”
該論文的共同通訊作者，北卡羅來(lái)納州立大學(xué)機(jī)械與航空航天工程副教授布倫丹·奧康納說(shuō)：“我們的工作表明，有可能制造出能夠同時(shí)捕獲高光譜和偏振圖像的小型高效傳感器。”“我認(rèn)為這為新型有機(jī)電子傳感技術(shù)打開了大門。”
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