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- 斯坦福大學(xué)的工程師希望螳螂蝦成為光學(xué)傳感器的繆斯
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2021/3/9
極化成像可能是機(jī)器視覺的福音�，F(xiàn)在，斯坦福大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種新型的光傳感器，其靈感來自一個(gè)不太可能的光源。
在設(shè)計(jì)新技術(shù)時(shí)，工程師們長期以來一直在尋求自然的靈感。無論是懷特兄弟研究鳥類以發(fā)展飛行力，還是現(xiàn)代工程師從章魚吸盤中汲取靈感設(shè)計(jì)可穿戴式織物傳感器，進(jìn)化都為電子，光學(xué)和機(jī)械設(shè)計(jì)提供了見識(shí)。
盡管仿生歷史悠久，但似乎仍有許多研究人員可以向自然學(xué)習(xí)。遵循這一趨勢，斯坦福大學(xué)的工程師最近發(fā)表了一篇論文，他們在其中描述了一種新型的光學(xué)傳感器-這次是從一種不太可能的來源中獲得靈感：螳螂蝦。
螳螂蝦能夠看到可見光，紫外線和偏振光。
偏振影像和機(jī)器視覺
通常用三個(gè)關(guān)鍵特性來描述光：強(qiáng)度，波長和偏振。機(jī)器視覺之類的應(yīng)用程序會(huì)檢測所有這三個(gè)方面，從而為軟件算法提供盡可能多的詳細(xì)信息。
特別是偏振可以提供常規(guī)成像無法提供的有價(jià)值的信息，與基于非偏振的方法相比，可以實(shí)現(xiàn)更靈敏的成像。
通過交叉偏振器的光的偏振。圖片由FSU提供
盡管已經(jīng)使用基于硅的技術(shù)來成功地檢測強(qiáng)度和波長，但事實(shí)證明硅無法檢測光的偏振。取而代之的是，設(shè)計(jì)人員必須在其圖像傳感器的前面使用偏振濾光片。偏振成像的三種常規(guī)技術(shù)包括時(shí)間分割，振幅分割和焦平面成像分割。
常規(guī)極化技術(shù)
時(shí)分技術(shù)通過旋轉(zhuǎn)圖像傳感器頂部的偏振濾光片來工作，該圖像傳感器會(huì)按時(shí)間順序捕獲數(shù)據(jù)。振幅的劃分由一個(gè)棱鏡組成，該棱鏡會(huì)將光分成不同的路徑，每個(gè)路徑都有自己的傳感器。最后，焦平面的劃分與放置在焦平面上的微偏振器一起工作，以建立不同的偏振狀態(tài)。
偏振濾光片技術(shù)比較。圖片由Photonics Media提供
但是，所有這三種技術(shù)都是昂貴且費(fèi)時(shí)的，這可能會(huì)妨礙需要快速，低成本和高度耐用的解決方案的機(jī)器視覺應(yīng)用。
甲殼類動(dòng)物的靈感
斯坦福大學(xué)的研究人員了解到機(jī)器視覺應(yīng)用中需要更好的偏振成像技術(shù)后，便轉(zhuǎn)向自然界尋求解決方案。事實(shí)證明，螳螂蝦既可以看到高光譜光也可以看到偏振光，這是現(xiàn)代技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的壯舉。
研究人員在《科學(xué)雜志》上發(fā)表的論文中描述了一種新型傳感器，該傳感器模仿螳螂蝦的眼睛，以實(shí)現(xiàn)四個(gè)光譜通道和三個(gè)極化通道的同時(shí)配準(zhǔn)。根據(jù)研究人員的說法，該設(shè)計(jì)本身包括堆疊的“對極化敏感的有機(jī)光伏（P-OPV）和聚合物阻滯劑”。
傳感器的結(jié)構(gòu)，折疊的延遲器元件以及光譜延遲。圖片由Altaqui等提供。
P-OPV對光的響應(yīng)根據(jù)光的偏振而變化，而延遲器則根據(jù)其偏振態(tài)以確定性的方式分散光。利用這種架構(gòu)，該傳感器可以檢測設(shè)備中足夠小以適合智能手機(jī)的兩種類型的光。
改善機(jī)器視覺
雖然只是概念上的證明，但傳感器可能會(huì)產(chǎn)生重大影響。以很小的形狀系數(shù)檢測光的偏振以適合智能手機(jī)的能力可以從根本上改變當(dāng)前機(jī)器視覺應(yīng)用的局限性。
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