據(jù)外媒報(bào)道，1935年，世界上首部采用三色彩色技術(shù)制作的電影正式上映。彩色印片法徹底改變了攝像頭以及人類(lèi)對(duì)周?chē)澜绲目捶ê腕w驗(yàn)。但是現(xiàn)在，有一種新的方法能夠讓人類(lèi)和攝像頭了解偏振光世界。

（圖片來(lái)源：哈佛大學(xué)約翰·A·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院）

偏振光就是光振動(dòng)的方向，人眼無(wú)法看見(jiàn)，但是某些品種的蝦和昆蟲(chóng)卻可以看見(jiàn)，而且其能夠提供大量與之交互的物體的信息。目前，能夠看到偏振光的攝像頭用于檢測(cè)材料應(yīng)力，增強(qiáng)對(duì)比度以實(shí)現(xiàn)物體檢測(cè)，以及分析材料表面質(zhì)量，如凹痕或劃痕。但是，與早期的彩色相機(jī)一樣，此類(lèi)偏振光敏感攝像頭體積龐大，而且往往依賴(lài)于移動(dòng)部件，成本高昂，嚴(yán)重限制了其應(yīng)用范圍。

現(xiàn)在，哈佛大學(xué)約翰·A·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences，SEAS）的研究人員研發(fā)出一款非常緊湊、便攜的攝像頭，能夠在單張照片中顯示偏振光。此類(lèi)拇指大小的攝像頭能夠安裝在自動(dòng)駕駛汽車(chē)、飛機(jī)或衛(wèi)星的視覺(jué)系統(tǒng)中，用以研究大氣化學(xué)，或者探測(cè)偽裝物體。

研究人員表示：“此項(xiàng)研究能夠改變成像領(lǐng)域的游戲規(guī)則。目前，大多數(shù)攝像頭只能夠探測(cè)光線(xiàn)的強(qiáng)度和顏色，無(wú)法看到偏振，而該款攝像頭能夠揭示光線(xiàn)如何被周?chē)氖澜绶瓷?、傳播?！?/p>

此外，研究人員表示：“偏振是光的一種特征，光在物體表面反射時(shí)會(huì)發(fā)生變化從而產(chǎn)生偏振?；诖朔N變化，偏振光能夠幫助重建物體的3D形狀，估計(jì)其深度、紋理和形狀，以及將人造物體與自然物體區(qū)分開(kāi)來(lái)，即使此類(lèi)物體形狀和顏色都相同?！?/p>

為了實(shí)現(xiàn)此類(lèi)攝像頭，研究人員采用了納米結(jié)構(gòu)超穎表面，能夠與波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光互動(dòng)。研究人員表示：“如果我們想要測(cè)量光線(xiàn)的全偏振狀態(tài)，就需要沿著不同的偏振方向拍攝幾張照片。以前的設(shè)備要么需要使用移動(dòng)部件，要么要沿著多條路徑發(fā)射光線(xiàn)以獲得多幅照片，從而使得光學(xué)設(shè)備體積龐大。一種較新的方法是使用具有特殊圖案的攝像頭像素，但是此種方法無(wú)法測(cè)量全偏振狀態(tài)，而且需要采用一種特殊的成像傳感器。而在我們的研究中，我們能夠?qū)⑺兴璧墓鈱W(xué)元件集成至一個(gè)擁有超穎表面的簡(jiǎn)單設(shè)備中?！?/p>

研究人員利用偏振光如何與物體互動(dòng)的新知識(shí)，設(shè)計(jì)了一個(gè)超穎表面，該表面采用了一組亞波長(zhǎng)間隔納米柱，基于偏振光的偏振方向引導(dǎo)光線(xiàn)。然后，該光線(xiàn)會(huì)形成四幅圖像，每一幅圖像都會(huì)展示不同的偏振，將四幅圖像合在一起，就能夠得到每個(gè)像素處光偏振的完整照片。

該設(shè)備大約有兩厘米長(zhǎng)，并不比智能手機(jī)的攝像頭復(fù)雜。該設(shè)備附帶鏡頭還有保護(hù)套，大約與小型午餐盒的大小差不多。研究人員測(cè)試了該攝像頭，展示注塑成型塑料物體的缺陷，拿到室外拍攝汽車(chē)擋風(fēng)玻璃上的偏振光，甚至還自拍，演示偏振光攝像頭如何將人臉的3D形狀展現(xiàn)出來(lái)。

研究人員表示：“該技術(shù)能夠集成至現(xiàn)有的成像系統(tǒng)中，例如集成至手機(jī)或者汽車(chē)中，從而讓偏振成像技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，并實(shí)現(xiàn)新的應(yīng)用。此外，該研究還為緊湊型攝像頭研發(fā)指出了新方向，能夠在大氣科學(xué)、遙感、人臉識(shí)別、機(jī)器視覺(jué)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用?！?/p>

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