當第一部使用Technicolor先進的三色彩電影制作的長篇電影于1935年首映時,“紐約時報”宣稱“它在觀眾中產生了所有站在高峰上的興奮......并且瞥見一個奇怪的,美麗的和意想不到的新世界?!?/p>
(資料圖片)
Technicolor永遠改變了攝像機 - 以及人們 - 看到和體驗周圍世界的方式。今天,有一個新的懸崖 - 這個懸崖,提供極化世界的觀點。
極化是光線振動的方向,對人眼是不可見的(但某些種類的蝦和昆蟲可見)。但它提供了有關與其交互的對象的大量信息。目前使用偏振光的相機來檢測材料應力,增強物體檢測的對比度,并分析凹痕或劃痕的表面質量。
然而,像早期的彩色相機一樣,當前的偏振敏感相機體積龐大。此外,它們通常依賴于移動部件并且成本高昂,嚴重限制了其潛在應用的范圍。
現在,哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院(SEAS)的研究人員開發出一種高度緊湊的便攜式攝像機,可以在一次拍攝中成像偏振。微型攝像機 - 大小與拇指一樣 - 可以在自動駕駛車輛,機載飛機或衛星的視覺系統中找到一個地方來研究大氣化學,或用于檢測偽裝物體。
該研究發表在“ 科學”雜志上。
“這項研究改變了成像方面的改變,”應用物理學教授羅伯特·L·華萊士和英國SEAS電子工程高級研究員Vinton Hayes說道,該論文的高級作者Federico Capasso說。“大多數相機通常只能檢測光線的強度和顏色,但無法看到偏振。這款相機是對現實的全新視角,讓我們能夠揭示周圍世界如何反射和傳播光線?!?/p>
“偏振是光線的一個特征,在表面反射時會發生變化,”SEAS的博士后研究員兼該研究的共同作者Paul Chevalier說?!盎谶@種變化,極化可以幫助我們對物體進行三維重建,估計其深度,紋理和形狀,并將人造物體與自然物體區分開來,即使它們的形狀和顏色相同?!?/p>
為了解開這個強大的極化世界,Capasso和他的團隊利用了表面的潛力,納米尺度結構與波長尺度的光相互作用。
“如果我們想測量光的全偏振態,我們需要沿不同的偏振方向拍攝幾張照片,”該論文的第一作者和Capasso實驗室的研究生Noah Rubin說?!耙郧暗脑O備使用移動部件或沿多條路徑發送光線以獲取多個圖像,從而產生笨重的光學。更新的策略使用特殊圖案的相機像素,但這種方法不能測量完全偏振狀態并需要非標準成像在這項工作中,我們能夠采用所需的所有光學元件,并將它們集成在一個帶有表面的簡單設備中。“
通過對偏振光與物體相互作用的新理解,研究人員設計了一種超曲面,使用亞波長間隔的納米柱陣列根據其偏振來引導光。然后,光形成四個圖像,每個圖像顯示偏振的不同方面??傊@些給出了每個像素的極化的完整快照。
該設備長約2厘米,并不比智能手機上的相機復雜。使用附帶的鏡頭和保護套,該設備大小相當于一個小飯盒。研究人員對相機進行了測試,以顯示注塑成型塑料物體的缺陷,將其帶到外面拍攝汽車擋風玻璃的偏振,甚至自拍以展示偏振相機如何可視化臉部的3D輪廓。
“這項技術可以集成到現有的成像系統中,例如手機或汽車中的成像系統,可以廣泛采用偏振成像和以前無法預見的新應用,”Rubin說。
“這項研究為相機技術開辟了一個激動人心的新方向,具有前所未有的緊湊性,使我們能夠設想大氣科學,遙感,面部識別,機器視覺等應用,”Capasso說。
哈佛技術開發辦公室保護了與該項目有關的知識產權,并正在探索商業化機會。
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