研究人员开发新型光学传感器，能进行高光谱和偏振成像

受螳螂虾眼睛的启发，研究人员开发了一种新型光学传感器，该传感器小到可以装在智能手机上，但能够进行高光谱和偏振成像。

“许多人工智能(AI)程序可以利用数据丰富的高光谱和极化图像，但是捕获这些图像所需的设备目前有些庞大，”北卡罗莱纳州立大学电气与计算机工程副教授、论文共同作者迈克尔·库德诺夫(Michael Kudenov)说，“我们在这里的工作使更小巧，更用户友好的设备成为可能。这将使我们能够更好地将这些AI功能应用于从天文学到生物医学的各个领域。”

在本研究的背景下，高光谱成像是指可以将可见光波长分解为更窄波段的技术。人眼无法区分颜色的这些细微变化，但是计算机可以-使高光谱成像对于诸如确定图像中对象的化学成分之类的任务很有价值。

偏振法是指光中偏振的测量，该数据可用于确定图像中对象的表面几何形状。例如，表面是否粗糙或光滑?表面相对于光源的角度是多少?

光是很难描述的，因为它既是粒子又是波。如果有一束光从点A移动到点B，则这两点之间的路径就是光的方向。如果您将光视为粒子，则它是从点A到点B沿直线移动。但是，光还是电磁场，其波动像波一样。如果您将该波想象为从点A到点B传播时上下摆动或左右摆动，则极化度是该波沿路径的方向的量度。

尽管有更大的设备能够捕获高光谱和偏振图像，但智能手机大小的成像技术却面临着巨大的挑战。

例如，手机摄像头技术的设计会导致最终图像中不同波长的光的对齐出现非常小的误差。结果对于拍摄家庭照片来说并不是什么大问题，但对于科学图像分析却是有问题的。当相机可以捕获更多颜色时(与高光谱技术一样)，问题就更加恶化了。

新的光传感器的创造者灵感来自螳螂虾的眼睛，它们非常擅长准确捕捉细微的颜色渐变。因此，研究人员创造了一种模仿螳螂虾眼的有机电子传感器。它被称为气孔足启发多光谱和极化分析(SIMPOL)传感器。而且，是的，stomatopod是螳螂虾的花哨名称。

研究人员开发了一种原型SIMPOL传感器，该传感器可以同时记录四个光谱通道和三个极化通道。相比之下，智能手机中使用的电荷耦合设备只有三个光谱成像传感器，分别检测红色，绿色和蓝色。只有两个极化通道此外，SIMPOL原型可以在一个点上测量四个颜色通道和三个偏振通道，而CCD则依赖于分布在多个点上的成像传感器。

虽然只是概念上的证明，但研究人员使用建模仿真来确定该设计可用于创建能够感应多达15个空间配准的光谱通道的检测器。

Kudenov说：“SIMPOL的彩色通道可以辨别比典型的成像传感器窄10倍的光谱特征;换句话说，它的精确度要高10倍。”

该论文的共同通讯作者，北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程副教授布伦丹·奥康纳说：“我们的工作表明，有可能制造出能够同时捕获高光谱和偏振图像的小型高效传感器。”“我认为这为新型有机电子传感技术打开了大门。”