Uma equipe de pesquisa de engenheiros da Vanderbilt que inclui um cientista do Oak Ridge National Laboratory demonstrou um novo filtro ultrafino, com base em metamateriais, que permite o processamento de imagem ótica analógica. Trabalho deles, Óptica plana para diferenciação de imagens, aparece hoje na revista científica, Nature Photonics .

Embora o processamento digital de imagens tenha se tornado a técnica predominante em uma variedade de disciplinas de ciências e engenharia, requer computadores avançados, espaço para acomodar o computador, e poder substancial.

"A maior parte do processamento de imagens é realizada digitalmente, mas o processamento óptico analógico tem as vantagens de ser de baixa potência e alta velocidade, "disse Jason Valentine, professor associado de engenharia mecânica e vice-diretor do Vanderbilt Institute of Nanoscale Science and Engineering. Embora o processamento óptico de imagem tenha sido executado no passado, geralmente requer múltiplas lentes ópticas, resultando em um sistema de grande porte.

O filtro de metamaterial, O primeiro de sua espécie, diferencia a luz que entra diretamente, permitindo uma imagem direta das bordas, ou limites, do objeto.

"A filtragem de borda é uma etapa comum de pré-processamento no reconhecimento de objetos, por exemplo, detectar a borda de uma pista para veículos autônomos. Ele também pode ser usado para detectar margens de tumores na imaginação médica ou na classificação do tamanho e tipo de célula no caso de classificação de células para detecção de câncer, "Valentine disse.

O filtro de metamaterial é baseado em um cristal fotônico bidimensional feito de silício que permite a imagem direta das bordas de um objeto em todas as direções. O 'diferenciador nanofotônico' pode ser integrado em um microscópio óptico ou em um sensor de câmera, adaptar facilmente um sistema de processamento de imagem existente.

"Um dos principais benefícios de nossa abordagem é a capacidade de integrar o metamaterial com sistemas ópticos tradicionais. Por exemplo, construímos um microscópio de detecção de borda simplesmente colocando o filtro de metamaterial em um microscópio óptico comercial, "disse Você Zhou, um Ph.D. Aluna do Programa Interdisciplinar de Ciência dos Materiais e uma das quatro autoras. Os testes incluíram imagens das células da epiderme da cebola, haste de abóbora e nervo motor de porco.

O filtro - mais fino que um fio de cabelo humano - também foi integrado a uma lente baseada em metamaterial, resultando em um completamente plano, e óptica ultrafina que pode realizar imagens de borda. Isso reduz ainda mais o tamanho dos sistemas ópticos tradicionais usados ​​para essa finalidade.

"O principal recurso é a capacidade de realizar processamento de imagem na velocidade da luz, sem exigir energia de entrada e em um formato extremamente fino, "Valentine disse." Isso abre novas portas para processamento de imagens analógicas ópticas em tempo real e de alta velocidade em aplicações como visão de máquina e imagens biológicas. "