p (esquerda) Esquema de detecção de bordas e diferenciação espacial; (direita) imagem derivada do logotipo AMOLF tirada em um comprimento de onda de 726 nm. Crédito:AMOLF
p Os pesquisadores do AMOLF e seus colaboradores do Advanced Science Research Center (ASRC / CUNY) em Nova York criaram uma superfície nanoestruturada capaz de realizar operações matemáticas instantâneas em uma imagem de entrada. Essa descoberta pode aumentar a velocidade das técnicas de processamento de imagem existentes e reduzir o uso de energia. O trabalho permite a detecção ultrarrápida de objetos e aplicações de realidade aumentada. Os pesquisadores publicam seus resultados hoje na revista.
Nano Letras . p O processamento de imagens está no centro de várias tecnologias de rápido crescimento, como realidade aumentada, direção autônoma e reconhecimento de objeto mais geral. Mas como um computador encontra e reconhece um objeto? A etapa inicial é entender onde estão seus limites, portanto, a detecção de bordas em uma imagem se torna o ponto de partida para o reconhecimento da imagem. A detecção de borda é normalmente realizada digitalmente usando circuitos eletrônicos integrados, implicando em limitações fundamentais de velocidade e alto consumo de energia, ou de uma forma analógica que requer ótica volumosa.
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Metassuperfície nanoestruturada
p Em uma abordagem completamente nova, AMOLF Ph.D. o aluno Andrea Cordaro e seus colegas de trabalho criaram uma "metassuperfície especial, "um substrato transparente com uma matriz especialmente projetada de nanobares de silício. Quando uma imagem é projetada na metassuperfície, a luz transmitida forma uma nova imagem que mostra as bordas do original. Efetivamente, a metassuperfície realiza uma operação matemática derivada na imagem, que fornece uma análise direta das bordas da imagem. Em um primeiro experimento, uma imagem do logotipo AMOLF foi projetada na metassuperfície. Em um comprimento de onda especialmente projetado (726 nm), uma imagem nítida das bordas é observada. A transformação matemática resulta do fato de que cada freqüência espacial que compõe a imagem possui um coeficiente de transmissão sob medida através da metassuperfície. Essa transmissão personalizada é o resultado de uma interferência complexa da luz conforme ela se propaga através da metassuperfície.
p (esquerda) Meisje met de parel (J. Vermeer, por volta de 1665, coleção Mauritshuis, Haia, Os Países Baixos); (centro) réplica de nano-pontos de cromo; (topo direito) imagem normal tirada em condições fora de ressonância; imagem da borda (inferior direita) obtida na ressonância. Crédito:AMOLF
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Detecção de borda
p Para demonstrar a detecção de bordas experimentalmente em uma imagem, os pesquisadores criaram uma versão em miniatura da pintura
Meisje Met de Parel (Garota com Brinco de Pérola, J. Vermeer) imprimindo minúsculos pontos de cromo em um substrato transparente. Se a imagem for projetada na metassuperfície usando iluminação fora de ressonância (λ =750 nm), a imagem original é claramente reconhecida. Em contraste, se a iluminação tiver a cor certa (λ =726 nm), as bordas são claramente resolvidas na imagem transformada.
p Integração direta da metassuperfície em uma câmera com chip CCD. Crédito:AMOLF
p Esta nova computação óptica e técnica de imagem opera na velocidade da luz e a operação matemática em si não consome energia, pois envolve apenas componentes ópticos passivos. A metassuperfície pode ser facilmente implementada, colocando-a diretamente em um chip detector CCD ou CMOS padrão, abrindo novas oportunidades em computação híbrida óptica e eletrônica que opera a baixo custo, baixa potência, e pequenas dimensões.