Yeni Harvard Teknolojisi Gelişmiş Yapay Görmenin Yolunu Açıyor

Harvard araştırmacıları, geleneksel kurulumları basitleştiren ve tıbbi, AR ve akıllı telefon teknolojilerindeki uygulamaları genişleten, gerçek zamanlı ve makine öğrenimiyle entegre görüntüleme yeteneklerini geliştiren kompakt, tek çekimli bir polarizasyon görüntüleme sistemi geliştirdi.

Bilim insanları, meta yüzeyleri kullanarak kompakt, tek çekimli ve eksiksiz bir polarizasyon görüntüleme sistemi geliştirdiler.

Bir nesnenin ışığın dalga boylarıyla, yani renkle nasıl etkileşime girdiğine dayanarak elde ettiğimiz tüm bilgileri düşünün. Renk bize yemeğin yemenin güvenli olup olmadığını veya bir metal parçasının sıcak olup olmadığını söyleyebilir. Renk tıpta önemli bir tanı aracıdır ve uygulayıcıların hastalıklı dokuyu, iltihabı veya kan akışındaki sorunları teşhis etmesine yardımcı olur.

Şirketler dijital görüntülemede rengi iyileştirmek için büyük yatırımlar yaptı, ancak dalga boyu ışığın yalnızca bir özelliğidir. Polarizasyon (ışık yayılırken elektrik alanının nasıl salındığı) da bilgi açısından zengindir, ancak polarizasyon görüntüleme çoğunlukla masa üstü laboratuvar ortamlarıyla sınırlı kalır ve dalga plakaları ve büyük döner montaj parçaları üzerindeki polarizörler gibi geleneksel optiklere dayanır.

Kompakt Polarizasyon Görüntülemede Çığır Açan Nokta

Polarizasyonun tam bir resmini sağlayabilen kompakt, tek çekimli bir polarizasyon görüntüleme sistemi geliştirdiler. Görüntüleme sistemi, yalnızca iki ince meta yüzey kullanarak, biyomedikal görüntüleme, artırılmış ve sanal gerçeklik sistemleri ve akıllı telefonlar da dahil olmak üzere bir dizi mevcut ve yeni uygulama için polarizasyon görüntülemenin geniş potansiyelini ortaya çıkarabilir.

 

Benzersiz bir böcek türü olan Chrysina gloriosa, kabuğundan yansıyan dairesel polarize ışığa karşı farklı bir tepkiye sahiptir. Bu kiral tepki yeni sistem tarafından doğru bir şekilde görüntüleniyor. 

Robert L. Wallace’tan Federico Capasso, “Herhangi bir hareketli parça veya toplu polarizasyon optikleri içermeyen bu sistem, gerçek zamanlı tıbbi görüntüleme, malzeme karakterizasyonu, makine görüşü, hedef tespiti ve diğer önemli alanlardaki uygulamaları güçlendirecek” dedi. Uygulamalı Fizik Profesörü ve Vinton Hayes, SEAS Elektrik Mühendisliği Kıdemli Araştırma Görevlisi ve makalenin kıdemli yazarı.

Önceki araştırmada Capasso ve ekibi, olay aydınlatmasını kontrol etmeden, bir nesneden yansıyan polarizasyon imzasının görüntüleri olan Stokes görüntülerini yakalamak için türünün ilk örneği olan kompakt bir polarizasyon kamerası geliştirdi.

Aktif Polarizasyon Görüntüleme

Capasso’s’dan yeni doktora mezunu olan Aun Zaidi, “Tıpkı bir nesnenin gölgesi ve hatta renginin, gelen aydınlatmanın rengine bağlı olarak farklı görünebilmesi gibi, bir nesnenin polarizasyon imzası da aydınlatmanın polarizasyon profiline bağlıdır” dedi. grup ve makalenin ilk yazarı. “Geleneksel polarizasyon görüntülemenin aksine, Mueller matris görüntüleme olarak bilinen ‘aktif’ polarizasyon görüntüleme, olay polarizasyonunu kontrol ederek bir nesnenin en eksiksiz polarizasyon tepkisini yakalayabilir.”

Şu anda, Mueller matris görüntüleme, görüntünün matris temsilini gerçekleştirmek için birleştirilen bir dizi görüntüyü sırayla yakalayan birden fazla dönen plaka ve polarizörden oluşan karmaşık bir optik kurulum gerektiriyor.

Capasso ve ekibi tarafından geliştirilen basitleştirilmiş sistem, biri bir nesneyi aydınlatmak için, diğeri ise diğer taraftaki ışığı yakalayıp analiz etmek için son derece ince iki meta yüzey kullanıyor.

İlk metayüzey, polarizasyonun benzersiz bir düzende mekansal olarak değişecek şekilde tasarlandığı, polarize yapılandırılmış ışık olarak bilinen şeyi üretir. Bu polarize ışık aydınlatılan nesneden yansıdığında veya içinden geçtiğinde ışının polarizasyon profili değişir. Bu değişiklik, tek çekimde nihai görüntüyü oluşturmak için ikinci meta yüzey tarafından yakalanıp analiz edilir.

Teknik, endoskopik cerrahi, akıllı telefonlarda yüz tanıma ve AR/VR sistemlerinde göz takibi gibi uygulamalar için önemli olan gerçek zamanlı gelişmiş görüntülemeye olanak tanıyor. Aynı zamanda tıbbi teşhis, malzeme sınıflandırması ve farmasötik alanındaki uygulamalar için güçlü makine öğrenimi algoritmalarıyla da birleştirilebilir.

“En eksiksiz polarizasyon bilgisini yakalayan tek bir sistem tasarlamak için iki ayrı yapılandırılmış ışık ve polarize görüntüleme alanını bir araya getirdik. Bunun gibi bir sistemde geleneksel olarak gerekli olacak birçok bileşenin yerini alan nanomühendislik metayüzeylerini kullanmamız, sistemin tasarımını büyük ölçüde basitleştiriyor” dedi Zaidi.

Capasso, “Tek çekimli ve kompakt sistemimiz, gelişmiş görüntüleme gerektiren uygulamaları güçlendirmek amacıyla bu tür görüntülemenin yaygın olarak benimsenmesi için uygun bir yol sağlıyor” dedi.

Referans: Aun Zaidi, Noah A. Rubin, Maryna L. Meretska, Lisa W. Li, Ahmed H. Dorrah, Joon-Suh Park ve Federico Capasso tarafından yazılan “Metasurface özellikli tek çekim ve tam Mueller matris görüntüleme”, 2 Mayıs 2024 , Doğa Fotoniği.

Harvard Teknoloji Geliştirme Ofisi, bu projeyle ilgili fikri mülkiyeti Prof. Capasso’nun laboratuvarının dışında korudu ve teknolojinin daha fazla geliştirilmesi için Metalenz’e lisans verdi.

Araştırmanın ortak yazarları Noah Rubin, Maryna Meretska, Lisa Li, Ahmed Dorrah ve Joon-Suh Park’tır. FA9550-21-1-0312 ödül numarasıyla Hava Kuvvetleri Bilimsel Araştırma Ofisi, N00014-20-1-2450 ödül numarasıyla Deniz Araştırmaları Ofisi (ONR), Ulusal Havacılık ve Uzay İdaresi ( Ulusal Havacılık ve Uzay İdaresi () tarafından desteklenmiştir. NASA) 80NSSC21K0799 ve 80NSSC20K0318 ödül numaraları altında ve Ulusal Bilim Vakfı ödül no. ECCS-2025158.