阿姆斯特丹大學物理研究所Jorik van de Groep小組的物理學家們設計出了一種新方法，可用于以極高的能效和超快的速度檢測圖像邊緣。相關成果最近發(fā)表在《ACS Photonics》雜志上。

計算和數(shù)據(jù)處理的能源成本已成為我們社會最重要的能源問題之一。隨著軟件需求的不斷增加，而當前的硬件又無法提供可靠的解決方案，未來的能源消耗還將繼續(xù)增加。因此，在過去幾年里，對超快、能耗最低的替代計算方法的研究引起了人們的極大關注。

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概念示意圖及檢測結果圖

其中一種替代計算方法被稱為光學模擬計算。在這種方法中，數(shù)學運算是利用光來完成的，甚至在光被相機捕捉之前就已經(jīng)完成了。由于光學模擬計算設備是被動式的，即不需要電力，因此幾乎不消耗任何能源，此外，運算實際上是以光速進行的。

檢測邊緣

物理學家們與工業(yè)合作伙伴 WITec 和 SCIL Imprint Solutions 合作，重點研究邊緣檢測技術，旨在識別圖像中的邊緣--亮度發(fā)生突然變化的位置，表明被觀察物體的邊界。邊緣檢測是圖像處理中最關鍵的任務之一，可應用于自動駕駛汽車等領域。

為了進行光學模擬計算，物理學家們使用了一種簡單易制的薄膜堆棧。結果證明，這種方法非常有效，甚至能檢測到非常小的物體（約1微米）的邊緣。

這篇論文的第一作者 Bernardo Dias 說："與目前最先進的復雜光學鍍膜相比，疊層的設計非常簡單。盡管如此，我們的設備顯示出迄今為止最大的數(shù)值孔徑之一，使我們能夠?qū)ΡM可能小的目標進行邊緣檢測。

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用于邊緣檢測的實驗裝置及結果

這種方法的另一個好處是，它可以與大量光源（如燈、發(fā)光二極管或激光器）配合使用，從而促進了其在現(xiàn)有技術中的潛在應用。研究結果表明，這些技術尤其可用于高分辨率顯微鏡檢查。

由于該裝置還能突出傳統(tǒng)明場顯微鏡看不到的透明物體邊緣--想想細胞--因此也有可能應用于生物樣本。

下一步，研究人員的目標是開發(fā)用于光學模擬計算的可切換設備，即可以開關數(shù)學運算，或者設備可以在不同功能之間切換。

相關鏈接：https://dx.doi.org/10.1021/acsphotonics.4c01667