阿姆斯特丹大学物理研究所的研究人员（由Jorik van de Groep领导）开发了一种突破性的方法，能够以极快的速度、消耗极少的能量来检测图像边缘。他们的研究结果最近发表在《美国化学学会光子学》期刊上。

以光计算

随着算力需求的持续增长，能源消耗已成为人们主要担忧的问题。传统硬件难以满足日益增长的软件需求，因此亟需节能型替代品。为此，研究人员一直在探索新的计算方法，旨在以更低的能耗实现高速性能。

一种颇有前景的方法是光学模拟计算，这是一种在图像被相机捕捉之前便使用光执行数学运算的技术。光学模拟计算装置无需电力，因此具有极高的能效。此外，由于这些运算以光速进行，因此处理过程几乎瞬间完成。

这一突破可能为更高效、更快速的数据处理解决方案铺平道路，为依赖高速成像和分析的行业带来潜在变革。

边缘检测取得突破

在他们的研究中，物理学家与工业合作伙伴 WITec 和 SCIL Imprint Solutions 一起，专注于边缘检测技术，该技术旨在识别图像中的边缘——亮度发生突变的位置，即指示所观察物体的边界。边缘检测是图像处理中最关键的任务之一，可用于自动驾驶汽车等领域。为了执行光学模拟计算，物理学家使用了一种简单且易于制造的薄膜堆叠结构。

事实证明，该方法非常有效，甚至能够检测到尺寸约为1微米的小型物体的边缘。

该出版物的第一作者贝尔纳多·迪亚斯说：“与作为最先进技术的复杂光学涂层相比，层堆叠的设计极为简单。尽管如此，我们的设备仍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。”

增强显微成像

该方法的另一个优点是，它可以与大量的光源（如灯、发光二极管或激光器）配合使用，从而便于在现有技术中潜在应用。结果表明，这些技术特别适用于高分辨率显微镜。由于该装置还能突出透明物体的边缘（这些边缘在传统明场显微镜下是看不见的——想想细胞——因此，该装置也可用于生物样本的检测。

作为下一步计划，研究人员旨在开发用于光学模拟计算的可切换设备，在该设备中，人们可以开启或关闭数学运算，或者该设备可以在不同功能之间切换。

参考文献：伯纳多·S·迪亚斯和约里克·范德格洛普所著《利用少层分层介质中的塔姆等离激元进行高数值孔径二维图像边缘检测》，发表于2024年12月2日，《美国化学学会光子学》期刊。数字对象唯一标识符：10.1021/acsphotonics.4c01667