當(dāng)?shù)谝徊渴褂肨echnicolor先進(jìn)的三色彩電影制作的長(zhǎng)篇電影于1935年首映時(shí)，“紐約時(shí)報(bào)”宣稱“它在觀眾中產(chǎn)生了所有站在高峰上的興奮......并且瞥見一個(gè)奇怪的，美麗的和意想不到的新世界?！?/p>

(資料圖片)

Technicolor永遠(yuǎn)改變了攝像機(jī) - 以及人們 - 看到和體驗(yàn)周圍世界的方式。今天，有一個(gè)新的懸崖 - 這個(gè)懸崖，提供極化世界的觀點(diǎn)。

極化是光線振動(dòng)的方向，對(duì)人眼是不可見的(但某些種類的蝦和昆蟲可見)。但它提供了有關(guān)與其交互的對(duì)象的大量信息。目前使用偏振光的相機(jī)來(lái)檢測(cè)材料應(yīng)力，增強(qiáng)物體檢測(cè)的對(duì)比度，并分析凹痕或劃痕的表面質(zhì)量。

然而，像早期的彩色相機(jī)一樣，當(dāng)前的偏振敏感相機(jī)體積龐大。此外，它們通常依賴于移動(dòng)部件并且成本高昂，嚴(yán)重限制了其潛在應(yīng)用的范圍。

現(xiàn)在，哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)的研究人員開發(fā)出一種高度緊湊的便攜式攝像機(jī)，可以在一次拍攝中成像偏振。微型攝像機(jī) - 大小與拇指一樣 - 可以在自動(dòng)駕駛車輛，機(jī)載飛機(jī)或衛(wèi)星的視覺系統(tǒng)中找到一個(gè)地方來(lái)研究大氣化學(xué)，或用于檢測(cè)偽裝物體。

該研究發(fā)表在“ 科學(xué)”雜志上。

“這項(xiàng)研究改變了成像方面的改變，”應(yīng)用物理學(xué)教授羅伯特·L·華萊士和英國(guó)SEAS電子工程高級(jí)研究員Vinton Hayes說(shuō)道，該論文的高級(jí)作者Federico Capasso說(shuō)?！按蠖鄶?shù)相機(jī)通常只能檢測(cè)光線的強(qiáng)度和顏色，但無(wú)法看到偏振。這款相機(jī)是對(duì)現(xiàn)實(shí)的全新視角，讓我們能夠揭示周圍世界如何反射和傳播光線?！?/p>

“偏振是光線的一個(gè)特征，在表面反射時(shí)會(huì)發(fā)生變化，”SEAS的博士后研究員兼該研究的共同作者Paul Chevalier說(shuō)?！盎谶@種變化，極化可以幫助我們對(duì)物體進(jìn)行三維重建，估計(jì)其深度，紋理和形狀，并將人造物體與自然物體區(qū)分開來(lái)，即使它們的形狀和顏色相同。”

為了解開這個(gè)強(qiáng)大的極化世界，Capasso和他的團(tuán)隊(duì)利用了表面的潛力，納米尺度結(jié)構(gòu)與波長(zhǎng)尺度的光相互作用。

“如果我們想測(cè)量光的全偏振態(tài)，我們需要沿不同的偏振方向拍攝幾張照片，”該論文的第一作者和Capasso實(shí)驗(yàn)室的研究生Noah Rubin說(shuō)?！耙郧暗脑O(shè)備使用移動(dòng)部件或沿多條路徑發(fā)送光線以獲取多個(gè)圖像，從而產(chǎn)生笨重的光學(xué)。更新的策略使用特殊圖案的相機(jī)像素，但這種方法不能測(cè)量完全偏振狀態(tài)并需要非標(biāo)準(zhǔn)成像在這項(xiàng)工作中，我們能夠采用所需的所有光學(xué)元件，并將它們集成在一個(gè)帶有表面的簡(jiǎn)單設(shè)備中。“

通過(guò)對(duì)偏振光與物體相互作用的新理解，研究人員設(shè)計(jì)了一種超曲面，使用亞波長(zhǎng)間隔的納米柱陣列根據(jù)其偏振來(lái)引導(dǎo)光。然后，光形成四個(gè)圖像，每個(gè)圖像顯示偏振的不同方面?？傊@些給出了每個(gè)像素的極化的完整快照。

該設(shè)備長(zhǎng)約2厘米，并不比智能手機(jī)上的相機(jī)復(fù)雜。使用附帶的鏡頭和保護(hù)套，該設(shè)備大小相當(dāng)于一個(gè)小飯盒。研究人員對(duì)相機(jī)進(jìn)行了測(cè)試，以顯示注塑成型塑料物體的缺陷，將其帶到外面拍攝汽車擋風(fēng)玻璃的偏振，甚至自拍以展示偏振相機(jī)如何可視化臉部的3D輪廓。

“這項(xiàng)技術(shù)可以集成到現(xiàn)有的成像系統(tǒng)中，例如手機(jī)或汽車中的成像系統(tǒng)，可以廣泛采用偏振成像和以前無(wú)法預(yù)見的新應(yīng)用，”Rubin說(shuō)。

“這項(xiàng)研究為相機(jī)技術(shù)開辟了一個(gè)激動(dòng)人心的新方向，具有前所未有的緊湊性，使我們能夠設(shè)想大氣科學(xué)，遙感，面部識(shí)別，機(jī)器視覺等應(yīng)用，”Capasso說(shuō)。

哈佛技術(shù)開發(fā)辦公室保護(hù)了與該項(xiàng)目有關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并正在探索商業(yè)化機(jī)會(huì)。

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