受螳螂虾眼睛的启发，研究人员开发了一种光学传感器，这种传感器足够小，可以放在智能手机上，但能够进行高光谱和偏振成像。这张图片展示了包含不同颜色物体的场景的光谱成像，以及包含不同偏振态的字母NCSU。功劳:阿里·阿尔塔基受螳螂虾眼睛的启发，研究人员开发了一种新的光学传感器，这种传感器足够小，可以放在智能手机上，但能够进行高光谱和偏振成像。“许多人工智能(AI)程序可以利用数据丰富的高光谱和偏振图像，但目前捕捉这些图像所需的设备有些笨重，”该项工作论文的合著者、北卡罗来纳州立大学电气和计算机工程副教授迈克尔·库德诺夫(Michael Kudenov)表示。“我们在这里的工作使更小、更用户友好的设备成为可能。这将使我们能够更好地将这些人工智能能力应用于从天文学到生物医学的各个领域。”
在这项研究的背景下，高光谱成像是指能够将可见光波长分解成更窄波段的技术。人眼无法区分这些轻微的颜色变化，但计算机可以——这使得高光谱成像对于确定图像中物体的化学成分等任务很有价值。
偏振测量是指测量光的偏振，这是可以用来确定图像中物体表面几何形状的数据。比如表面是粗糙的还是光滑的？并且表面相对于光源的角度是多少？
众所周知，光很难描述，因为它既是粒子又是波。如果光波从A点到B点，这两点之间的路径就是光的方向。如果你把光想象成一个粒子，它从A点到b点呈直线运动，但光也是一个电磁场，像波一样波动。如果你把波从A点到B点的过程想象成上下或左右摆动，偏振就是对波沿路径方向的测量。
虽然有更大的设备能够捕捉高光谱和偏振图像，但智能手机大小的成像技术遇到了重大挑战。
受螳螂虾眼睛的启发，研究人员开发了一种光学传感器，这种传感器足够小，可以放在智能手机上，但能够进行高光谱和偏振成像。这张照片展示了传感器的实验原型。串联结构由沿同一光轴串联的6个偏振敏感有机光伏电池和4个聚合物延迟r膜组成。信用:阿里·阿尔塔基例如，手机摄像头技术的设计导致最终图像中不同波长的光的对准有非常小的误差。这样的结果对于拍全家福来说不是什么大事，但是对于科学的图像分析来说是有问题的。当相机可以捕捉更多的颜色时，这个问题就变得更加严重了，高光谱技术就是这种情况。
新光传感器的创造者受到螳螂虾眼睛的启发，螳螂虾特别擅长准确捕捉颜色的细微层次。因此，研究人员创造了一种模仿螳螂虾眼睛的有机电子传感器。它被称为口腔足启发多光谱和偏振敏感(SIMPOL)传感器。是的，口足类是螳螂虾的别称。
研究人员开发了一个原型SIMPOL传感器，可以同时记录四个光谱通道和三个偏振通道。相比之下，智能手机中使用的电荷耦合器件只有三个光谱成像传感器，可以检测红色、绿色和蓝色；并且只有两个偏振通道。此外，SIMPOL原型可以在一个点上测量四个颜色通道和三个偏振通道，而电荷耦合器件依赖于分布在几个点上的成像传感器。
虽然这只是一个概念证明，但研究人员使用建模模拟来确定该设计可用于创建能够感知多达15个空间配准光谱通道的探测器。
“SIMPOL的彩色通道可以分辨比典型成像传感器窄10倍的光谱特征；换句话说，它要精确10倍，”库德诺夫说。
“我们的工作表明，有可能创造出小型、高效的传感器，能够同时捕获高光谱和偏振图像，”该论文的合著者、北卡罗来纳州机械和航空航天工程副教授布兰登·奥康纳(Brendan O'Connor)表示。“我认为这为新型有机电子传感技术打开了大门。”
这篇论文“螳螂虾启发的同时进行高光谱和偏振成像的有机光电探测器”发表在《科学进展》杂志上。
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