由AMOLF (左)边缘检测和空间微分示意图；(右)在726纳米波长下拍摄的AMOLF标志的衍生图像
信用:AMOLF 来自纽约高级科学研究中心(ASRC/纽约市立大学)的AMOLF研究人员和他们的合作者已经创建了一个纳米结构的表面，能够在输入图像上执行实时数学运算
这一发现可以提高现有成像处理技术的速度，降低能耗
这项工作实现了超快速目标检测和增强现实应用
研究人员今天将他们的结果发表在《纳米快报》杂志上
图像处理是几项快速发展的技术的核心，如增强现实、自动驾驶和更广泛的物体识别
但是计算机是如何发现并识别一个物体的呢？最初的步骤是理解它的边界在哪里，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电子电路以数字方式执行，这意味着基本速度限制和高能耗，或者以需要大体积光学器件的模拟方式执行
纳米结构亚表面 一种全新的方法
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学生安德里亚·科达洛和他的同事们创造了一个特殊的“亚表面”，一个透明的基底，上面有一排特别设计的硅纳米棒
当图像被投影到元曲面上时，透射光会形成一个显示原始图像边缘的新图像
有效地，元曲面对图像执行数学导数运算，这提供了图像中边缘的直接探测
在第一个实验中，一个AMOLF标志的图像被投影到元曲面上
在特别设计的波长(726纳米)下，可以观察到清晰的边缘图像
数学变换源于这样一个事实，即构成图像的每个空间频率都有一个通过亚表面的定制透射系数
这种定制的透射是光通过亚表面传播时复杂干涉的结果
(左)梅斯杰会见德帕雷尔(J
弗米尔，约1665年，收集毛里茨豪斯，海牙，荷兰)；(中)铬纳米点复制品；(右上)在非共振条件下拍摄的正常图像；(右下方)共振时拍摄的边缘图像
信用:AMOLF 边缘检测 为了实验性地演示图像的边缘检测，研究人员制作了这幅画的微缩版
弗米尔)通过在透明基底上印刷微小的铬点
如果使用非共振照明(λ= 750纳米)将图像投影到亚表面上，则可以清楚地识别原始图像
相反，如果照明具有正确的颜色(λ= 726纳米)，则边缘在变换后的图像中被清晰地分辨
用电荷耦合器件芯片直接集成相机中的亚表面
信用:AMOLF 这种新的光学计算和成像技术以光速运行，数学运算本身不消耗能量，因为它只涉及无源光学元件
元表面可以很容易地实现，直接把它放在一个标准的电荷耦合器件或互补金属氧化物半导体探测器芯片上，在低成本、低功耗和小尺寸的混合光学和电子计算中开辟了新的机会
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