隨著物體識(shí)別和三維(3D) 重建技術(shù)在各種逆向工程、人工智能、醫(yī)療診斷和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域變得必不可少，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注與尋求可以簡(jiǎn)化處理的高效、更快的速度和更集成的方法。

在當(dāng)前的物體識(shí)別和三維重建領(lǐng)域，樣品輪廓信息的提取主要通過(guò)各種計(jì)算機(jī)算法來(lái)完成。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)處理器存在功耗高、運(yùn)行速度低、算法復(fù)雜等多重制約因素。在這方面，最近人們?cè)絹?lái)越關(guān)注尋找替代光學(xué)方法來(lái)執(zhí)行這些技術(shù)。

光學(xué)計(jì)算理論和圖像處理的發(fā)展為目標(biāo)識(shí)別和三維重建技術(shù)提供了更為完整的理論基礎(chǔ)。近年來(lái)，光學(xué)方法因其運(yùn)算速度快、集成度高和延遲低等巨大優(yōu)勢(shì)而受到更多關(guān)注，成為傳統(tǒng)模式的最佳替代方法。

超表面作為亞波長(zhǎng)尺度的二維納米結(jié)構(gòu)，在光學(xué)的革命性發(fā)展中表現(xiàn)出了卓越的能力，可以更有效地簡(jiǎn)化和深度集成光學(xué)系統(tǒng)。

在實(shí)際應(yīng)用中，超表面已經(jīng)顯示出有效操縱光的幾個(gè)參數(shù)的能力。因此，超表面被用于許多潛在領(lǐng)域，例如光學(xué)模擬計(jì)算、光學(xué)密碼學(xué)、光學(xué)器件設(shè)計(jì)、信號(hào)操縱、顯微鏡成像、光學(xué)成像和納米繪畫(huà)。

光學(xué)計(jì)算超表面作為二維人工設(shè)計(jì)的組件，表現(xiàn)出控制光束相位、幅值、偏振和頻率分布的超常特性，能夠?qū)�輸入光�?chǎng)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。

近日，湖南大學(xué)物理與電子學(xué)院羅海陸教授課題組提出了一種基于光學(xué)計(jì)算超表面的全光學(xué)目標(biāo)識(shí)別與三維重建技術(shù)。與傳統(tǒng)機(jī)制不同，該方案減少了輪廓曲面提取處理過(guò)程中的內(nèi)存消耗。高對(duì)比度和低對(duì)比度物體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的識(shí)別和重建與真實(shí)物體吻合較好。對(duì)全光學(xué)目標(biāo)識(shí)別和三維重建技術(shù)的探索為高效率、低功耗和緊湊的系統(tǒng)提供了潛在的應(yīng)用。

該研究成果發(fā)表在Opto-Electronic Advances上，作者提出了一種基于光學(xué)計(jì)算超表面的全光學(xué)目標(biāo)識(shí)別和三維重建技術(shù)。通過(guò)設(shè)計(jì)和制造光學(xué)計(jì)算超表面，實(shí)現(xiàn)了高對(duì)比度和低對(duì)比度物體的全光學(xué)目標(biāo)識(shí)別和三維重建。

圖1.物體識(shí)別及全光學(xué)三維重建系統(tǒng)示意圖。(a) 物體的輪廓表面圖像可以在系統(tǒng)的單次處理中獲得。(b)高、低對(duì)比度物體可以通過(guò)這種全光學(xué)計(jì)算超表面系統(tǒng)進(jìn)行重建。