“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)電氣與計算機(jī)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(yīng)用于從天文學(xué)到生物醫(yī)學(xué)的各個領(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分解為更窄波段的技術(shù)。人眼無法區(qū)分顏色的這些細(xì)微變化，但是計算機(jī)可以-使高光譜成像對于諸如確定圖像中對象的化學(xué)成分之類的任務(wù)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(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)計會導(dǎo)致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(xué)圖像分析卻是有問題的。當(dāng)相機(jī)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(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，該傳感器可以同時記錄四個光譜通道和三個極化通道。相比之下，智能手機(jī)中使用的電荷耦合設(shè)備只有三個光譜成像傳感器，分別檢測紅色，綠色和藍(lán)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(yīng)多達(dá)15個空間配準(zhǔn)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(xué)機(jī)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。”“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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