革命性的元光学设备和尖端计算成像算法改变了热成像技术的运用

革命性的元光学设备和尖端计算成像算法改变了热成像技术的运用 "我们的方法克服了传统光谱热成像仪的难题,传统热成像仪由于依赖于大型滤光轮或干涉仪,通常都比较笨重和精密,"研究团队负责人、来自普渡大学的祖宾-雅各布(Zubin Jacob)说。"我们将元光学设备和尖端计算成像算法结合起来,创造出一种既紧凑又坚固,同时还具有大视场的系统。"在光学出版集团的高影响力研究期刊《光学》(Optica)上,作者介绍了他们的新型光谱偏振分解系统,该系统利用一叠旋转元表面将热光分解为光谱和偏振成分。这样,除了传统热成像技术获取的强度信息外,成像系统还能捕捉热辐射的光谱和偏振细节。研究人员的研究表明,新系统可与商用热像仪配合使用,成功地对各种材料进行分类,而这对于传统热像仪来说通常是一项具有挑战性的任务。这种方法能够根据光谱偏振特征区分温度变化和识别材料,有助于提高包括自动导航在内的各种应用的安全性和效率。旋转元表面堆栈可将热光分解为光谱和偏振成分。研究人员将元表面堆栈与传统的长波红外摄像机和计算成像算法相结合,创建了一个紧凑而强大的光谱热成像系统。本文第一作者、普渡大学博士后研究员王学吉说:"传统的自主导航方法主要依赖于 RGB 摄像机,而这种摄像机在光线不足或天气恶劣等恶劣条件下难以发挥作用。与热辅助探测和测距技术相结合,我们的光谱偏振热像仪可以在这些困难的情况下提供重要信息,比 RGB 或传统热像仪提供更清晰的图像。一旦我们实现了实时视频捕捉,该技术就能大大提高场景感知能力和整体安全性。"用更小的相机做更多的事情长波红外光谱偏振成像对于夜视、机器视觉、痕量气体传感和热成像等应用至关重要。然而,当今的光谱极坐标长波红外成像仪体积庞大,光谱分辨率和视场有限。为了克服这些限制,研究人员转向大面积元表面能以复杂方式操纵光线的超薄结构表面。在设计出具有定制红外响应的旋转色散元表面后,他们开发出了一种制造工艺,可以利用这些元表面制造出适合成像应用的大面积(直径 2.5 厘米)旋转设备。由此产生的旋转堆栈尺寸小于 10 x 10 x 10 厘米,可与传统红外摄像机配合使用。"将这些大面积元光学设备与计算成像算法相结合,有助于高效地重建热辐射光谱。这使得光谱极坐标热成像系统比以前的系统更加紧凑、坚固和有效"。利用热成像技术对材料进行分类为了评估他们的新系统,研究人员使用各种材料和微结构拼出了"普渡大学"字样,每种材料和微结构都具有独特的光谱极坐标特性。利用该系统获取的光谱极坐标信息,他们准确地区分了不同的材料和物体。他们还证明,与传统热成像方法相比,该系统的材料分类准确性提高了三倍,凸显了该系统的有效性和多功能性。研究人员说,这种新方法对于需要详细热成像的应用尤其有用。"例如,在安全领域,它可以通过检测隐藏在人身上的物品或物质来彻底改变机场系统,王学吉说。"此外,其紧凑坚固的设计增强了其在不同环境条件下的适用性,使其特别有利于自主导航等应用"。除了利用该系统实现视频捕捉之外,研究人员还在努力提高该技术的光谱分辨率、传输效率以及图像捕捉和处理速度。他们还计划改进元表面设计,以实现更复杂的光操作,从而获得更高的光谱分辨率。此外,他们还希望将该方法扩展到室温成像,因为元表面堆栈的使用限制了该方法对高温物体的应用。他们计划利用改进的材料、元表面设计和抗反射涂层等技术来实现这一目标。编译自/ScitechDaily ... PC版: 手机版:

相关推荐

封面图片

德雷克塞尔大学的革命性混凝土能自然融化冰雪

德雷克塞尔大学的革命性混凝土能自然融化冰雪 自加热混凝土的优点据美国国家公路管理局估计,美国北部各州每年花费 23 亿美元用于除冰雪作业,并花费数百万美元用于修复因冬季天气而受损的道路。工程学院副教授阿米尔-法纳姆(Amir Farnam)博士说:"延长道路等混凝土表面使用寿命的方法之一,就是帮助它们在冬季保持高于冰点的表面温度。防止冰冻和融化,减少犁地和撒盐的需要,是防止路面老化的好方法。因此,我们的工作是研究如何在混凝土中加入特殊材料,帮助混凝土在周围环境温度降低时保持较高的表面温度。"德雷克塞尔大学的研究人员开发出一种混凝土,当气温下降时,这种混凝土可以自行升温,以融化冰雪。资料来源:德雷塞尔大学过去五年来,德雷克塞尔大学团队一直在开发耐寒混凝土混合物,目的是减少侵蚀道路和其他混凝土表面的冻结、解冻和撒盐。到目前为止,他们的自热混凝土他们以前曾报告过这种混凝土可以融化积雪并在较长时间内防止或减缓冰的形成还只是在受控实验室环境中取得了成功。在最近发表在美国土木工程学会《土木工程材料期刊》上的一篇论文中,该研究小组迈出了重要的一步,证明了自热混凝土在自然环境中的可行性。法纳姆说:"我们已经证明,我们的自热混凝土能够自行融化积雪,只利用白天的环境热能而且不需要盐、铲子或加热系统的帮助。这种自加热混凝土适用于美国的山区和北部地区,如宾夕法尼亚州东北部和费城,那里冬季有合适的供暖和制冷周期。"混凝土变暖的机理混凝土升温的秘密在于低温液态石蜡,它是一种相变材料,也就是说,当温度降低时,它从室温状态(液态)转变为固态,就会释放热量。在之前的一篇论文中,该研究小组报告说,在混凝土中加入液态石蜡会在温度降低时引发加热。他们的最新研究考察了在混凝土板中加入相变材料的两种方法,以及每种方法在室外寒冷环境中的表现。其中一种方法是用石蜡处理多孔轻质骨料(即混凝土中的鹅卵石和小石块)。骨料吸收液态石蜡后再混入混凝土中。另一种方法是将石蜡微胶囊直接混入混凝土中。德雷塞尔大学的研究人员对含有相变材料的混凝土板进行了测试,这种材料可以在气温下降时自我升温,从而融化冰雪。[从左至右:参考板、含有用相变材料处理过的轻质骨料的板、含有微胶囊相变材料的板。]资料来源:德雷塞尔大学研究人员使用每种方法浇筑了一块石板,并浇筑了不含任何相变材料的第三块石板作为对照。自 2021 年 12 月以来,所有三块板都一直暴露在室外。在最初的两年里,他们一共经历了 32 次冻融事件温度降到冰点以下,无论降水量如何以及 5 次一英寸或更大的降雪。研究人员使用摄像机和热传感器监测石板的温度和冰雪消融情况。他们报告说,在气温降至零度以下的情况下,相变石板的表面温度仍能保持在 42 至 55华氏度之间长达 10 小时。这种加热足以融化几英寸厚的积雪,融雪速度约为每小时四分之一英寸。虽然这样的温度可能不足以在需要铲雪车之前融化一场大雪,但它可以帮助路面除冰,即使在大雪天气也能提高交通安全。保持足够的温暖研究人员表示,防止地表降到冰点以下对防止老化也大有裨益。工程学院的博士生罗宾-德布(Robin Deb)说:"冻融循环,即极度降温(低于冰点)和升温,会导致表面尺寸膨胀和收缩,从而对其结构完整性造成压力,并随着时间的推移造成破坏性开裂和剥落,"他帮助领导了这项研究。工程学院博士生罗宾-德布说:"虽然单凭这一点可能不会使结构退化到失效的地步,但它会造成一种脆弱性,导致我们需要避免的内部劣化问题。其中一个很有希望的发现是,使用相变材料的楼板在面临环境温度下降时,能够将温度稳定在冰点以上"。慢而稳总体而言,经过处理的轻质骨料板在持续加热方面表现更佳可在冰点以上保持温度长达 10 个小时,而使用微胶囊相变材料的骨料板升温更快,但保持升温的时间只有后者的一半。研究人员认为,这是由于相变材料在聚合体孔隙中相对分散,而微胶囊内的相变材料则相对集中这种现象已被广泛研究。他们还注意到,骨料的多孔性可能是石蜡在通常的华氏 42 度冰点温度以下保持液态的原因。事实证明,这有利于板坯的性能,因为当温度开始下降时,材料不会立即释放热能,而是一直保持到材料温度达到华氏 39 度时才释放。相比之下,微胶囊石蜡在温度达到 42 华氏度时就开始释放热能,因此活化期相对较短。Farnam 说:"我们的研究结果表明,经过相变材料处理的轻质骨料混凝土更适合在零度以下的温度条件下应用于除冰,因为它能在更宽的温度范围内逐步释放热量。"改进空间虽然这两种应用都能将混凝土的温度提高到 53 至 55 华氏度之间,但这足以融化积雪。它们的性能受降雪前的环境气温和降雪量的影响。"我们发现,加入 PCM 的路面无法完全融化大于 2 英寸的积雪,"德布说。"不过,它能有效融化小于两英寸的积雪。融入 PCM 的路面在积雪开始融化时就开始融化。逐渐释放的热量可以有效地为路面除冰,这样就不需要在大雪来临之前预先撒盐了。"他们还指出,如果相变材料在冻融或降雪事件之间没有足够的时间通过升温来"充电",从而恢复到液态,那么它的性能可能会降低。"开展这项研究是我们了解含有相变材料的混凝土在自然界中表现的重要一步,"德布说。"有了这些发现,我们将能够继续改进该系统,以便有朝一日对其进行优化,使其加热时间更长,熔化程度更高。但令人鼓舞的是,我们看到了冻融循环显著减少的证据,这表明与传统混凝土相比,PCM 混凝土的冻融耐久性更强"。研究小组计划继续收集楼板数据,以了解相变材料的长期有效性,并研究这种方法如何延长混凝土的使用寿命。编译自:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

封面图片

形变成像:彻底改变我们对地球地下奥秘的看法

形变成像:彻底改变我们对地球地下奥秘的看法 长期以来,GPS、雷达和激光扫描等地表测绘技术一直被用于测量地球表面的特征。现在,德克萨斯大学奥斯汀分校开发的一种新计算技术让科学家们可以利用这些技术来观察地球内部。内华达山脉顶上的全球定位系统站。德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员利用 GPS 网络为地球内部成像。图片来源:UNAVCO/美国国家科学基金会这项新技术被研究人员称为"形变成像",其结果可与地震成像相媲美,但能提供有关地壳和地幔刚性的直接信息。西蒙娜-普埃尔(Simone Puel)说,她在德克萨斯大学杰克逊地球科学学院读研究生期间,为德克萨斯大学地球物理研究所的一个研究项目开发了这种方法。"刚度等材料特性对于理解俯冲带或一般地震科学中发生的不同过程至关重要,"Puel 说。"当与地震、电磁或重力等其他技术相结合时,就有可能以一种前所未有的方式制作出更全面的地震力学模型。"显示日本地下地壳硬度的图形。图片显示了日本大陆板块(暗红色大块)与较硬的海洋板块(深蓝色大块)碰撞的边界。图像中央较小的暗红色斑块很可能是为日本火山(红色三角形)提供能量的岩浆系统。该图像是利用UT Austin 研究人员开发的一种新型形变成像技术收集的数据绘制的。图片来源:Simone Puel普埃尔现在是加州理工学院的一名博士后学者,他在今年早些时候发表了他的方法背后的理论。6 月发表在《科学进展》(Science Advances)上的一项最新研究展示了这一方法的实际应用。该研究利用2011年日本东北地震期间记录的GPS数据,对地下约100公里处的地表进行了成像。该图像揭示了太平洋火环日本部分下方的构造板块和火山系统,包括一个低刚度区域,该区域被认为是为火山系统提供能量的深层岩浆库,这是首次仅利用地表信息探测到这种岩浆库。这种方法的依据是,地壳是由具有不同弹性特性的岩石材料组成的大杂烩。有些部分更柔韧,有些部分更坚硬。这导致地壳收缩和膨胀不均匀。例如,在地震发生时,地球的振动就会反映出它是由什么构成的,从而使地表发生明显的变形。为了将这种不均匀变形转化为地表下的图像,研究人员构建了一个计算机模型,将地球视为一种简化的弹性材料,同时允许其弹性强度在三个维度上变化。然后,该模型根据全球定位系统传感器在地震中的相互移动程度计算出地表下的刚度。结果就是根据地表的变化绘制出地球内部的三维图像。不过,尽管该模型生成了由 1250 万个数据点组成的网络,但图像的清晰度不如地震层析成像,而地震层析成像是对地球内部成像的最常用方法。不过,它可以直接测量刚度,这对建立更复杂的地球模型非常重要。另一个优势是,新方法可以利用卫星进行测量。这些卫星包括美国国家航空航天局(NASA)即将发射的 NISAR 航天器,这是一项与印度空间研究组织(Indian Space Research Organization)的联合任务,每 12 天将以极高分辨率绘制全球地图。研究报告的合著者、杰克逊学院教授托尔斯滕-贝克尔(Thorsten Becker)说,利用这项新技术,NISAR可以为世界上一些地质灾害最严重的地区提供重要的洞察力。通过持续绘制地球表面地图,该卫星将使科学家能够跟踪地震断层在地震周期中的结构变化。该论文的共同作者、UT沃克大学机械工程系和UT奥登计算工程与科学研究所教授奥马尔-加塔斯(Omar Ghattas)说,这种新方法可能是建立地球数字双胞胎的重要一步。这些复杂的计算机模型通过确定在哪里进行新的观测,然后吸收新的数据,从而不断完善自己。他说:"随着模型越来越完善,数据越来越丰富,信息量越来越大,也许我们就可以开始对地震的可预测性发表一些看法了。"编译自/ScitechDaily ... PC版: 手机版:

封面图片

国产红外热成像大厂被美国列入SDN名单 官方回应

国产红外热成像大厂被美国列入SDN名单 官方回应 据介绍,睿创微纳全资子公司艾睿光电专注于红外成像技术和产品的研发制造,具有完全自主知识产权,致力于为全球客户提供专业的、有竞争力的红外热成像产品和行业解决方案。美国国务院网站称,将艾睿光电被列入SDN清单的原因是,该公司向俄罗斯客户提供美国工业和安全局发布的高优先级物品清单当中的产品,包括伸缩式热成像瞄准镜。对于艾睿光电被列入SDN清单一事,睿创微纳表示,艾睿光电在海外无分支机构,公司正在对子公司艾睿光电被列入SDN 清单产生的影响进行评估,并将制定有效的应对措施。此次子公司艾睿光电被列入 SDN 清单不会影响公司及其他子公司业务开展,对公司整体影响可控。当前,公司经营及财务情况一切正常,在手订单充足,市场开拓工作有序推进。官网信息显示,睿创微纳成立于2009年12月,注册资本1.8亿元,是一家从事专用集成电路、特种芯片设计与制造技术开发的国家高新技术企业,深耕红外、微波、激光三大领域,掌握多光谱传感研发的核心技术与AI算法研发等能力,为全球客户提供MEMS芯片、ASIC处理器芯片、红外热成像全产业链产品和激光、微波产品及光电系统。艾睿光电的睿创微纳的核心的红外热成像业务子公司。睿创微纳主要产品为小面阵、QVGA、VGA、XGA、SXGA、金属封装探测器系列、陶瓷封装探测器系列、晶圆级封装探测器系列、XCoreLA系列机芯、XCoreMicro机芯、XCoreLT系列机芯、XCoreNano机芯、户外手持红外热成像仪系列、智能手机热像仪、多功能头盔式热像仪、车载红外热成像仪系列、融合式双光望远镜、多功能手持望远镜。目前,睿创微纳的产品广泛应用于工业测温、汽车夜间辅助驾驶、安防监控、森林防火、建筑节能评估、消费电子以及物联网等诸多领域。2019年6月,睿创微纳在科创板上市。值得注意的是,在新冠疫情期间,市场对于红外测温设备需求暴涨,导致了相关元器件的供应紧缺与价格暴涨。其中,红外探测器和MEMS机芯则是红外成像系统的核心组件。而在当时,睿创微纳则是为数不多的国产红外探测器及MEMS机芯供应商,除了自产自用外,还有向海康威视、华中数控等红外整机厂商提供红外测温探测器或机芯。根据睿创微纳此前公布财报显示,2023年,睿创微纳实现营业总收入35.59亿元,同比增长34.50%;归母净利润4.96亿元,同比增长58.21%;扣非净利润4.36亿元,同比增长75.22%。另外,睿创微纳2024年一季度财报显示,该季度营收约10.07亿元,同比增加27.47%;归母净利润约1.29亿元,同比增加57.56%;扣非净利润为1.15已元,同比增长51.72%。虽然睿创微纳称此次列入SDN清单的子公司艾睿光电在海外无分支机构,不会影响公司及其他子公司业务开展,对公司整体影响可控。但是,也不排除后续会对于其及其他子公司海外业务的影响。财报显示,睿创微纳2023年在海外市场的销售收入继续保持增长态势,实现境外主营业务收入14.19亿元,较上年同期增长6.83%,占当期主营业务收入的40.74%。值得一提的是,今年4月7日傍晚,睿创微纳曾发布公告称,国家监察委员会已经对公司实际控制人、董事长兼总经理马宏先生实施留置。据了解,留置是监察机关对涉嫌职务违法或犯罪行为的被调查人,可能出现法定妨碍调查的情形,在一定时间内将其留在特定场所配合调查的一种强制性措施。 ... PC版: 手机版:

封面图片

NASA开发的创新型红外传感器提高了地球和空间成像的分辨率

NASA开发的创新型红外传感器提高了地球和空间成像的分辨率 戈达德工程师 Murzy Jhabvala 拿着他的紧凑型热成像仪技术的核心部件一种高分辨率、高光谱范围的红外传感器,适用于小型卫星和前往其他太阳系天体的任务。资料来源:美国国家航空航天局这些相机配备了高灵敏度、高分辨率的应变层超格传感器,这些传感器最初是由美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心开发的,由内部研究与开发(IRAD)计划资助。由于设计紧凑、重量轻、用途广,Tilak Hewagama 等工程师可以根据不同的科学应用对它们进行定制。增强的传感器功能Hewagama 说:"将滤光片直接连接到探测器上,消除了传统镜头和滤光片系统的巨大质量。这使得低质量的仪器拥有了一个紧凑的焦平面,现在可以使用更小、更高效的冷却器进行红外探测。小型卫星和任务可以从其分辨率和精确度中获益。"工程师 Murzy Jhabvala 在马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心领导了最初的传感器开发工作,并领导了今天的滤波器集成工作。Jhabvala 还领导了国际空间站上的"紧凑型热成像仪"实验,该实验展示了新传感器技术如何在太空中生存,同时也证明了其在地球科学领域的重大成功。通过两个红外波段捕捉到的1500多万张图像为发明者贾巴拉、NASA戈达德同事唐-詹宁斯(Don Jennings)和康普顿-塔克(Compton Tucker)赢得了2021年年度发明奖。2019 年和 2020 年,紧凑型热成像仪在国际空间站上捕捉到了澳大利亚异常严重的火灾。凭借其高分辨率,它探测到了火锋的形状和位置,以及火锋距离居民区有多远这些信息对急救人员至关重要。资料来源:美国国家航空航天局地球和空间观测的突破这次试验获得的数据提供了有关野火的详细信息,让人们更好地了解了地球云层和大气层的垂直结构,并捕捉到了由地球陆地特征引起的上升气流,这种上升气流被称为重力波。这种突破性的红外传感器利用层层重复的分子结构与单个光子(或光的单位)相互作用。这种传感器能以更高的分辨率分辨更多波长的红外线:从轨道上看,每个像素的分辨率为 260 英尺(80 米),而目前的热像仪的分辨率为 1000 至 3000 英尺(375 至 1000 米)。这些热量测量相机的成功吸引了美国国家航空航天局地球科学技术办公室(ESTO)、小企业创新与研究以及其他计划的投资,以进一步扩大其覆盖范围和应用。Jhabvala和NASA的先进陆地成像热红外传感器(ALTIRS)团队正在为今年的激光雷达、高光谱和热成像仪(G-LiHT)机载项目开发六波段版本。他说,这种首创的相机将测量地表热量,并能以高帧频进行污染监测和火灾观测。新一代火灾成像技术美国国家航空航天局戈达德地球科学家道格-莫顿(Doug Morton)领导了一个 ESTO 项目,开发用于野火探测和预测的紧凑型火灾成像仪。莫顿说:"我们不会看到更少的火灾,因此我们正试图了解火灾在其生命周期中是如何释放能量的。这将帮助我们更好地理解在一个越来越易燃的世界中火灾的新特性。"CFI 将同时监测释放更多温室气体的最热火灾和产生更多一氧化碳以及烟雾和灰烬等空气传播颗粒的较冷、燃烧的煤炭和灰烬。莫顿说:"在安全和了解燃烧释放的温室气体方面,这些都是关键因素。"莫顿的团队设想,在对火情成像仪进行机载测试后,他们将装备一个由 10 颗小型卫星组成的舰队,每天提供更多的火情图像,从而提供全球火情信息。他说,结合下一代计算机模型,"这些信息可以帮助森林服务和其他消防机构预防火灾,提高前线消防员的安全,保护火灾路径上居民的生命和财产安全"。探测地球内外的云层美国国家航空航天局戈达德地球科学家吴栋说,该传感器装有偏振滤光片,可以测量地球高层大气云层中的冰颗粒是如何散射和偏振光的。吴说,这一应用将补充美国国家航空航天局的浮游生物、气溶胶、云层和海洋生态系统(PACE)任务,该任务在上个月早些时候揭示了其首批光图像。两者都测量光波的偏振方向与红外光谱不同部分的传播方向的关系。他解释说:"PACE偏振计监测可见光和短波红外光。这项任务将重点关注白天观测到的气溶胶和海洋颜色科学。在中波和长波红外波段,新的红外偏振计将从白天和夜间观测中捕捉云层和表面特性。"在另一项工作中,Hewagama 正在与 Jhabvala 和 Jennings 合作,加入线性可变滤光片,以提供红外光谱中更多的细节。这些滤光片可以显示大气分子的旋转和振动以及地球表面的成分。行星科学家卡莉-安德森(Carrie Anderson)说,这项技术也能让前往岩质行星、彗星和小行星的任务受益匪浅。她说,他们可以识别土星卫星恩克拉多斯(Enceladus)巨大羽流中释放出的冰和挥发性化合物。"它们本质上是冰的喷泉,"她说,"当然是冷的,但发出的光在新红外传感器的探测范围之内。在太阳的背景下观察这些羽流,可以让我们非常清楚地识别它们的成分和垂直分布。"编译来源:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

封面图片

科学家通过介电元原子排列液晶 制作出新型电控元表面

科学家通过介电元原子排列液晶 制作出新型电控元表面 介电元表面是当前光学领域最前沿的研究和应用方向之一。它们不仅具有低损耗的优势,还能实现亚波长尺度的器件厚度。此外,它们还能在振幅、相位和偏振等多个维度上自由调制光。这种能力是传统光学所缺乏的,对未来光学系统的集成、微型化和扩展具有重要意义。因此,介电元表面吸引了越来越多的工业关注。在这项研究中,剑桥大学的朱大平教授团队开发出了一种基于液晶的新型可调介电元表面。通过利用介电元表面对液晶的固有配向效应和电可控特性,无需使用液晶配向层材料和相关工艺,从而节省了设备制造时间和成本。这对硅基液晶(LCoS)等设备具有实际意义。介电元表面是当前光学领域最前沿的研究和应用方向之一。它们不仅具有低损耗的优势,还能实现亚波长尺度的器件厚度。资料来源:Advanced Devices & Instrumentation研究小组通过测量器件在不同角度的透射率,定量研究了元表面本身对液晶的配准效应的强度。他们得到的明暗对比度为 25.6。与此同时,研究团队还在实验中实现了近红外通信波段 94% 的调制深度。本研究提出了一种基于液晶的新型电控元表面。通过利用元表面对液晶的固有对准效应,省去了传统液晶器件中的对准过程,从而为传统液晶器件带来了巨大的经济价值。此外,由于元表面具有亚波长特性,理论上可以将器件做得非常薄,从而有效提高液晶器件的响应速度和分辨率。对于传统液晶器件(如 LCoS)而言,集成了元表面的液晶器件具有重要的研究价值。编译自:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

封面图片

斯坦福科学家开发出革命性的AR头戴设备 全息技术让普通眼镜展示3D仙境

斯坦福科学家开发出革命性的AR头戴设备 全息技术让普通眼镜展示3D仙境 通过全息技术和人工智能,这些眼镜可以在直接观看真实世界的基础上显示全彩 3D 移动图像。图片来源:安德鲁-布罗德海德电子工程系副教授、快速崛起的空间计算领域专家戈登-韦茨坦(Gordon Wetzstein)说:"我们的头显在外界看来就像一副日常佩戴的眼镜,但佩戴者透过镜片看到的是一个丰富的世界,上面叠加着生动的全彩三维计算图像。"韦茨坦和一个工程师团队在《自然》杂志上发表的一篇新论文中介绍了他们的设备。他们说,虽然这种技术现在只是一个原型,但它可以改变从游戏和娱乐到培训和教育等领域在任何地方,计算机图像都可以增强或告知佩戴者对周围世界的了解。韦茨坦领导的斯坦福计算成像实验室的博士生、该论文的共同第一作者马努-戈帕库马尔(Manu Gopakumar)说:"我们可以想象,外科医生戴着这样的眼镜来规划精细或复杂的手术,或者飞机机械师戴着这样的眼镜来学习如何操作最新的喷气发动机。"这种新方法首次将复杂的工程要求串联起来,迄今为止,这些要求要么导致头戴式头显不美观,要么导致 3D 视觉体验不令人满意,佩戴者会感到视觉疲劳,有时甚至有点恶心。斯坦福大学计算成像实验室博士后研究员、论文共同第一作者 Gun-Yeal Lee 说:"目前还没有其他增强现实系统能与我们的三维图像质量相媲美。"为了取得成功,研究人员结合人工智能增强全息成像和新型纳米光子设备方法,克服了各种技术障碍。第一个障碍是,显示增强现实图像的技术通常需要使用复杂的光学系统。在这些系统中,用户实际上无法通过头显镜头看到真实世界。相反,安装在头显外部的摄像头会实时捕捉世界,并将图像与计算图像相结合。然后将生成的混合图像立体投射到用户眼中。"用户看到的是现实世界的数字化近似图,上面叠加了计算图像。这是一种增强虚拟现实,而不是真正的增强现实。"Wetzstein 解释说,这些系统必然非常笨重,因为它们在佩戴者的眼睛和投影屏幕之间使用放大镜片,要求眼睛、镜片和屏幕之间的距离最小,从而增加了体积。斯坦福计算成像实验室的博士生、论文的共同作者 Suyeon Choi 说:"除了笨重之外,这些局限性还可能导致感知真实度不尽人意,通常还会造成视觉不适。"为了制作出在视觉上更令人满意的三维图像,韦茨坦摒弃了传统的立体方法,转而采用全息技术,这是一种在 20 世纪 40 年代末获得诺贝尔奖的视觉技术。尽管全息技术在三维成像方面大有可为,但由于无法描绘准确的三维深度线索,全息技术的广泛应用一直受到限制,导致视觉体验不佳,有时甚至令人有类似晕车的反应。Wetzstein 团队利用人工智能改进了全息图像中的深度提示。然后,利用纳米光子学和波导显示技术的进步,研究人员能够将计算出的全息图像投射到眼镜镜片上,而无需依赖笨重的附加光学器件。通过在透镜表面蚀刻纳米级的图案来构建波导。安装在每个太阳穴上的小型全息显示屏通过蚀刻图案投射计算图像,这些图案会在镜片内反弹光线,然后将光线直接传送到观看者的眼睛。透过眼镜片,用户既能看到真实世界,又能看到上面显示的全彩 3D 计算图像。3D 效果之所以得到增强,是因为它是通过立体和全息两种方式产生的,前者是指每只眼睛都能看到略有不同的图像,就像传统的 3D 成像一样;后者则是指每只眼睛都能看到略有不同的图像,就像传统的 3D 成像一样。斯坦福大学计算成像实验室的博士生布莱恩-赵(Brian Chao)是这篇论文的共同作者,他说:"利用全息技术,你还可以在每只眼睛前获得完整的三维体积,从而提高栩栩如生的三维图像质量。"新的波导显示技术和全息成像技术的最终成果是提供逼真的三维视觉体验,既能满足用户的视觉需求,又不会让用户感到疲劳,而这种疲劳感正是早期方法所面临的挑战。Wetzstein 说:"全息显示一直被认为是终极 3D 技术,但它从未取得过重大的商业突破。也许现在他们有了多年来一直在等待的杀手级应用"。编译来源:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

🔍 发送关键词来寻找群组、频道或视频。

启动SOSO机器人