Los investigadores de AMOLF y sus colaboradores del Centro de Investigación Científica Avanzada (ASRC / CUNY) en Nueva York han creado una superficie nanoestructurada capaz de realizar operaciones matemáticas sobre la marcha en una imagen de entrada. Este descubrimiento podría aumentar la velocidad de las técnicas de procesamiento de imágenes existentes y reducir el uso de energía. El trabajo permite la detección de objetos ultrarrápida y aplicaciones de realidad aumentada. Los investigadores publican hoy sus resultados en la revista Nano letras .

El procesamiento de imágenes es el núcleo de varias tecnologías de rápido crecimiento, como la realidad aumentada, conducción autónoma y reconocimiento de objetos más general. Pero, ¿cómo encuentra y reconoce una computadora un objeto? El paso inicial es comprender dónde están sus límites, por tanto, la detección de bordes en una imagen se convierte en el punto de partida para el reconocimiento de imágenes. La detección de bordes se realiza normalmente de forma digital mediante circuitos electrónicos integrados, lo que implica limitaciones de velocidad fundamentales y un alto consumo de energía. o de forma analógica que requiera una óptica voluminosa.

Metasuperficie nanoestructurada

En un enfoque completamente nuevo, Doctorado en AMOLF El estudiante Andrea Cordaro y sus compañeros de trabajo crearon una "metasuperficie especial, "un sustrato transparente con una matriz de nanobarras de silicio especialmente diseñada. Cuando se proyecta una imagen en la metasuperficie, la luz transmitida forma una nueva imagen que muestra los bordes del original. Efectivamente, la metasuperficie realiza una operación matemática derivada sobre la imagen, que proporciona una sonda directa de los bordes de la imagen. En un primer experimento, se proyectó una imagen del logotipo de AMOLF en la metasuperficie. A una longitud de onda especialmente diseñada (726 nm), se observa una imagen clara de los bordes. La transformación matemática resulta del hecho de que cada frecuencia espacial que compone la imagen tiene un coeficiente de transmisión personalizado a través de la metasuperficie. Esta transmisión personalizada es el resultado de una compleja interferencia de la luz que se propaga a través de la metasuperficie.

Detección de bordes

Para demostrar la detección de bordes de forma experimental en una imagen, los investigadores crearon una versión en miniatura de la pintura. Meisje met de parel (Chica con un pendiente de perla, J. Vermeer) imprimiendo pequeños puntos de cromo sobre un sustrato transparente. Si la imagen se proyecta sobre la metasuperficie utilizando iluminación con poca resonancia (λ =750 nm), la imagen original se reconoce claramente. A diferencia de, si la iluminación tiene el color correcto (λ =726 nm), los bordes se resuelven claramente en la imagen transformada.

Esta nueva técnica de procesamiento de imágenes y computación óptica opera a la velocidad de la luz y la operación matemática en sí no consume energía, ya que solo involucra componentes ópticos pasivos. La metasuperficie se puede implementar fácilmente colocándola directamente en un chip detector estándar CCD o CMOS, abriendo nuevas oportunidades en computación óptica y electrónica híbrida que opera a bajo costo, baja potencia, y pequeñas dimensiones.