利用光学材料通过新的成像方法捕捉隐藏的数据
发布时间：2024-12-10 08:00:10 阅读数： 467
??-quartz晶体的超色散和非定域性。影片来源：《光明》（2024）。DOI: 10.1186/s43593-024-00078-2在自主导航、医疗诊断和遥感快速发展的时代，传统相机仅限于捕捉红、绿、蓝（RGB）光强度，无法满足数据需求。这些相机通常会错过关键的光谱和偏振细节，而这些细节对于识别材料、区分健康组织和病变组织、提供独特的3D态势感知和跟踪环境变化至关重要。人工智能的快速发展和新兴的“空间智能”领域也推动了对成像技术的需求，这些技术可以捕获更多信息丰富的数据，使我们能够以前所未有的方式观察和理解世界。
在探索成像技术的边界上，普渡大学的研究团队迈出了令人瞩目的一步，他们成功地将新型光学材料与计算成像技术相结合，创造出一种名为“非局部相机”（Nonlocal-Cam）的革命性成像设备。这一成果不仅发表在权威科学期刊《eLight》上，更预示着光谱偏振成像领域将迎来一次重大飞跃。
传统相机主要捕捉RGB（红绿蓝）色彩信息，形成我们日常所见的图像。而Nonlocal-Cam则不同，它能够捕捉到传统相机无法触及的光谱和偏振信息，这些信息对于深入理解物体的物理特性和环境状态至关重要。
想象一下，如果相机不仅能拍出物体的颜色，还能“看到”光的波长分布和偏振状态，这将为机器视觉、显微镜观察、热辅助检测和测距（HADAR）等领域带来前所未有的洞察力。比如，在环境监测中，通过Nonlocal-Cam可以精确分析大气中的污染物成分；在医学研究中，它能提供更详尽的生物组织内部结构信息，助力疾病的早期发现与治疗。
Nonlocal-Cam的核心创新在于其独特的“非局部色散”机制。通常，当我们谈论色散时，会想到彩虹或牛顿的棱镜实验，那里的白光被分解成不同颜色的光谱。但传统的色散方式在空间上分离颜色，这对于成像来说并不理想。Nonlocal-Cam则利用了光学活性材料的特性，即光通过时偏振方向会发生旋转，且这种旋转与光的波长紧密相关。这种“非定域性”导致的偏振旋转，使得颜色（或波长）可以在偏振域而非空间域中被分离，从而克服了传统色散的局限。
为了实现这一创新，研究团队选择了α-石英晶体作为核心材料，这种材料不仅储量丰富、价格低廉，而且其光学活性特性非常适合Nonlocal-Cam的设计需求。结合先进的计算技术，Nonlocal-Cam能够在硬件要求极低的情况下实现高光谱分辨率，同时有效抵御噪声和测量误差，确保了成像的准确性和稳定性。
实验室和户外测试表明，Nonlocal-Cam能够在各种条件下捕捉到高质量的图像，展示了其在机器视觉、极端环境成像等方面的巨大潜力。更令人兴奋的是，这种非局部色散现象广泛存在于从紫外线到红外线的整个光谱范围内，意味着通过选择合适的材料，Nonlocal-Cam可以适应多种高级成像应用，成为一款通用且强大的工具。
普渡大学的Zubin Jacob教授对这项技术的未来充满信心：“Nonlocal-Cam的出现，为开发新型成像设备开辟了道路，这些设备有望在环境监测、高级显微镜等多个领域引发深刻变革。它们提供了全新的信息捕获维度，让我们能够以更精细的方式观察和理解世界?！?/span>
总之，Nonlocal-Cam的发明是成像技术的一次重大突破，它不仅拓宽了我们的视觉边界，更为科学研究、工业检测、环境?；さ榷喔隽煊虼戳饲八从械幕龊吞粽健?/span>
