阿姆斯特丹大學(xué)物理研究所Jorik van de Groep小組的物理學(xué)家們設(shè)計(jì)出了一種新方法，可用于以極高的能效和超快的速度檢測圖像邊緣。相關(guān)成果最近發(fā)表在《ACS Photonics》雜志上。

計(jì)算和數(shù)據(jù)處理的能源成本已成為我們社會(huì)最重要的能源問題之一。隨著軟件需求的不斷增加，而當(dāng)前的硬件又無法提供可靠的解決方案，未來的能源消耗還將繼續(xù)增加。因此，在過去幾年里，對超快、能耗最低的替代計(jì)算方法的研究引起了人們的極大關(guān)注。

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概念示意圖及檢測結(jié)果圖

其中一種替代計(jì)算方法被稱為光學(xué)模擬計(jì)算。在這種方法中，數(shù)學(xué)運(yùn)算是利用光來完成的，甚至在光被相機(jī)捕捉之前就已經(jīng)完成了。由于光學(xué)模擬計(jì)算設(shè)備是被動(dòng)式的，即不需要電力，因此幾乎不消耗任何能源，此外，運(yùn)算實(shí)際上是以光速進(jìn)行的。

檢測邊緣

物理學(xué)家們與工業(yè)合作伙伴 WITec 和 SCIL Imprint Solutions 合作，重點(diǎn)研究邊緣檢測技術(shù)，旨在識(shí)別圖像中的邊緣--亮度發(fā)生突然變化的位置，表明被觀察物體的邊界。邊緣檢測是圖像處理中最關(guān)鍵的任務(wù)之一，可應(yīng)用于自動(dòng)駕駛汽車等領(lǐng)域。

為了進(jìn)行光學(xué)模擬計(jì)算，物理學(xué)家們使用了一種簡單易制的薄膜堆棧。結(jié)果證明，這種方法非常有效，甚至能檢測到非常小的物體（約1微米）的邊緣。

這篇論文的第一作者 Bernardo Dias 說："與目前最先進(jìn)的復(fù)雜光學(xué)鍍膜相比，疊層的設(shè)計(jì)非常簡單。盡管如此，我們的設(shè)備顯示出迄今為止最大的數(shù)值孔徑之一，使我們能夠?qū)ΡM可能小的目標(biāo)進(jìn)行邊緣檢測。

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用于邊緣檢測的實(shí)驗(yàn)裝置及結(jié)果

這種方法的另一個(gè)好處是，它可以與大量光源（如燈、發(fā)光二極管或激光器）配合使用，從而促進(jìn)了其在現(xiàn)有技術(shù)中的潛在應(yīng)用。研究結(jié)果表明，這些技術(shù)尤其可用于高分辨率顯微鏡檢查。

由于該裝置還能突出傳統(tǒng)明場顯微鏡看不到的透明物體邊緣--想想細(xì)胞--因此也有可能應(yīng)用于生物樣本。

下一步，研究人員的目標(biāo)是開發(fā)用于光學(xué)模擬計(jì)算的可切換設(shè)備，即可以開關(guān)數(shù)學(xué)運(yùn)算，或者設(shè)備可以在不同功能之間切換。

相關(guān)鏈接：https://dx.doi.org/10.1021/acsphotonics.4c01667