团队演示了模拟图像处理方面的突破

范德比尔特(Vanderbilt)工程师的一个研究团队包括一个位于橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)的科学家，展示了一种基于超材料的新型超薄滤光片，该滤光片可以进行模拟光学图像处理。他们的工作《用于图像微分的平面光学》今天发表在科学杂志《自然光子学》上。

尽管数字图像处理已成为各种科学和工程学科中的主要技术，但它需要先进的计算机，容纳计算机的空间和强大的功能。

机械工程学副教授，范德比尔特纳米科学与工程学院副主任杰森·瓦伦丁说：“大多数图像处理都是以数字方式进行的，但是光学模拟处理具有低功耗和高速的优点。” 尽管过去已经执行了光学图像处理，但是通常需要多个光学透镜，这导致较大的系统尺寸。

第一种超材料滤光片可以直接区分入射光，从而使人们可以直接成像物体的边缘或边界。

“边缘过滤是物体识别中常见的预处理步骤，例如，检测自动驾驶汽车车道的边缘。它还可以用于在医学成像中检测肿瘤的边缘，或在这种情况下对细胞大小和类型进行分类检测癌症的细胞分选方法”，情人说。

超材料滤光片基于由硅制成的二维光子晶体，可在各个方向上直接成像对象的边缘。可以将“纳米光子微分器”集成到光学显微镜中或相机传感器上，从而轻松适应现有的图像处理系统。

“我们的方法的主要优势之一是能够将超材料与传统的光学系统集成在一起。例如，我们通过将超材料滤光片放置在商用光学显微镜中来构建了一个边缘检测显微镜，” .D。是跨学科材料科学计划的学生，也是四位作者之一。测试包括对洋葱表皮，南瓜茎和猪运动神经的细胞成像。

该过滤器(比人的头发还薄)还与基于超材料的透镜集成在一起，从而形成了可以进行边缘成像的完全平坦且超薄的光学元件。这进一步减小了用于此目的的传统光学系统的尺寸。

瓦伦丁说：“关键特性是能够以光速执行图像处理，而无需输入功率，并且以极薄的外形进行处理。” “这为机器视觉和生物成像等应用中的实时和高速光学模拟图像处理打开了新的大门。”

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