纳米结构元曲面光学速度

图（左）Meisje Met de Parel（J. Vermeer，大约1665年，收集Mauritshuis，海牙，荷兰）; （中心）Chrome Nano-Dots Replica; （右上角）在脱谐条件下拍摄的正常图像; （右下）在共振拍摄的边缘图像。

纽约高级科学研究中心（ASRC / CUNY）的Amolf研究人员及其合作者创造了一种能够在输入图像上执行现场数学操作的纳米结构覆盖。这一发现可以提高现有成像处理技术的速度和较低的能量使用。该工作使Ultrafast对象检测和增强现实应用。研究人员于11月1日在纳米信件中发表了结果。

图像处理是几种快速增长的技术的核心，例如增强现实，自主驾驶和更通用的物体识别。但是计算机如何找到并识别对象？初始步骤是理解其边界的位置，因此图像中的边缘检测成为图像识别的起点。边缘检测通常使用集成的电子电路来以数字方式执行，这暗示了基本速度限制和高能量消耗，或者以模拟方式需要庞大的光学器件。

图（左）边缘检测和空间差异的示意图; （右）Amolf Logo的衍生图像，在726nm的波长下拍摄。

纳米结构的元曲面

在一个全新的方法中，Amolf Phd Student Andrea Cordaro和他的同事创造了一个特殊的“元姿，”透明基板，具有专门设计的硅纳米族阵列。当图像被投射到元表面上时，发送的光形成显示原始边缘的新图像。有效地，元表面对图像执行数学导数操作，其提供图像中的边缘的直接探针。在第一个实验中，将AMOLF标志的图像投影到元表面上。在特殊设计的波长（726nm）处，观察到边缘的清晰图像。数学变换结果是由组成图像的每个空间频率具有通过元表面具有定制的传输系数。这种量身定制的传输是光干透光的复杂干扰的结果，因为它传播通过元质面。

数字：使用CCD芯片的相机直接集成Metasurface。

边缘检测

为了通过在图像上实验展示边缘检测，研究人员通过将微小的铬圆点印刷到透明基板上，创建了绘画Meisje Met de Parel（J.Vermeer）的微型版本。如果使用过谐振照明（= 750nm）将图像投射到元表面上λ（= 750nm），则清楚地识别原始图像。相反，如果照明具有正确的颜色（= λ726nm），则在变换图像中清楚地解析边缘。

这种新的光学计算和成像技术以光的速度运行，数学操作本身不能消耗不仅涉及被动光学元件的能量。通过将其直接放到标准CCD或CMOS检测器芯片上，可以容易地实现了元曲面，打开混合光学和电子计算的新机会，以低成本，低功耗和小尺寸。

参考

A. Cordaro，H. Kwon，D. Sounas，A.F.Koenderink，A. Alu和A. Polman，高指数介电元件执行数学运作，Nano Letters，Doi.org/10.1021/ACS.NANOLETT.9B02477