Камера будущего может перестать тратить силы и обрабатывать лишние детали изображения. Специалисты из Нанкинского университета и Городского университета Гонконга создали оптическую систему, которая с помощью специальной метаповерхности сразу выделяет углы объектов, сжимая визуальные данные без сложных вычислений.
Разработка получила название метаповерхность азимутального преобразования Гильберта. Устройство работает как оптический фильтр: вместо того чтобы передавать полное изображение, система выделяет ключевые точки, которые помогают распознавать форму предметов. По данным авторов работы, технология способна одновременно обнаруживать углы объектов с разными характеристиками, работает в широком диапазоне видимого света и сохраняет эффективность во всём поле зрения.
В основе решения лежит тонкая структура из нитрида кремния, которая управляет поведением света на уровне длины волны. Специалисты изготовили метаповерхность диаметром 1 мм с наноструктурами, способными изменять фазу светового сигнала. Средняя эффективность передачи света достигла 97%, а эффективность работы составила до 81%.
Эксперименты показали, что система может находить углы у объектов разной формы, включая треугольники, многоугольники и сложные изображения, где обычным способом заметить такие особенности сложно. Одна метаповерхность смогла выделять углы одновременно у нескольких объектов с разными угловыми характеристиками.
Главное преимущество технологии в том, что она сильно сжимает данные. Во время эксперимента, в котором отслеживали движение объекта, система преобразовывала изображение в набор ключевых точек. Средний коэффициент сжатия данных достиг примерно 476 раз, тогда как традиционный метод выделения контуров показал результат около 18 раз. Авторы отмечают, что такой подход особенно полезен для задач, где нужно быстро определять положение объекта, а не сохранять все детали изображения.
При этом у разработки есть ограничение: если точнее определять углы, снижается способность различать очень маленькие объекты. Специалисты установили компромисс между угловым и пространственным разрешением, поэтому для разных задач придётся выбирать подходящую конфигурацию метаповерхности.
Создатели считают, что технология может стать основой новых систем обработки изображений для медицинской диагностики, дополненной реальности, промышленного зрения и беспилотного транспорта . В отличие от традиционной цифровой обработки, где анализ выполняет электроника, новая система использует световые вычисления, что потенциально позволит создавать более быстрые и энергоэффективные устройства. Исследование опубликовано в журнале Science Advances .