以光速成像：边缘检测的突破

概念示意图及检测结果图

阿姆斯特丹大学物理研究所Jorik van de Groep小组的物理学家们设计出了一种新方法，可用于以极高能效和超快速度检测图像边缘。相关成果最近发表在《ACS Photonics》杂志上。计算和数据处理的能源成本已成为我们社会最重要的能源问题之一。随着软件需求的不断增加，而当前的硬件又无法提供可靠的解决方案，未来的能源消耗还将继续增加。因此，在过去几年里，对超快、能耗最低的替代计算方法的研究引起了人们的极大关注。

其中一种替代计算方法被称为光学模拟计算。在这种方法中，数学运算是利用光来完成的，甚至在光被相机捕捉之前就已经完成了。由于光学模拟计算设备是被动式的，即不需要电力，因此几乎不消耗任何能源，此外，运算实际上是以光速进行的。边缘检测

物理学家们与工业合作伙伴 WITec 和 SCIL Imprint Solutions 合作，重点研究边缘检测技术，旨在识别图像中的边缘——亮度发生突然变化的位置，表明被观察物体的边界。边缘检测是图像处理中最关键的任务之一，可应用于自动驾驶汽车等领域。

为了进行光学模拟计算，物理学家们使用了一种简单易制的薄膜堆栈。结果证明，这种方法非常有效，甚至能检测到非常小的物体(约1微米)的边缘。这篇论文的第一作者 Bernardo Dias 说：“与目前先进的复杂光学镀膜相比，叠层的设计非常简单。尽管如此，我们的设备显示出迄今为止最大的数值孔径之一，使我们能够对尽可能小的目标进行边缘检测。”

用于边缘检测的实验装置及结果

这种方法的另一个好处是，它可以与大量光源(如灯、发光二极管或激光器)配合使用，从而促进了其在现有技术中的潜在应用。研究结果表明，这些技术尤其可用于高分辨率显微镜检查。由于该装置还能突出传统明场显微镜看不到的透明物体边缘，比如细胞，因此也有可能应用于生物样本。下一步，研究人员的目标是开发用于光学模拟计算的可切换设备，即可以开关数学运算，或者设备可以在不同功能之间切换。

审核编辑 黄宇