Поляризация, направление, в котором колеблется свет, дает много информации об объектах, с которыми он взаимодействует, от аэрозолей в атмосфере до магнитного поля звезд. Однако, поскольку это качество света невидимо для человеческого глаза, исследователи и инженеры полагались на специализированные, дорогие и громоздкие камеры для его захвата.

Исследователи из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) разработали насадку на метаповерхность, которая может превратить практически любую камеру или систему обработки изображений, даже стандартные системы, в поляризационные камеры. Насадка использует метаповерхность субволновых наностолбиков для направления света на основе его поляризации и компилирует изображение, которое фиксирует поляризацию в каждом пикселе.

Исследование опубликовано в  Optics Express .

«Добавление поляризационной чувствительности практически к любой камере позволит выявить детали и функции, которые не могут видеть обычные камеры, что принесет пользу широкому спектру приложений от распознавания лиц и беспилотных автомобилей до дистанционного зондирования и машинного зрения », — сказал Федерико Капассо, Роберт Л. Уоллес, профессор прикладной физики и Винтон Хейс, старший научный сотрудник в области электротехники в SEAS и старший автор исследования.

В 2019 году Капассо и его команда разработали компактную портативную камеру, в которой использовалась метаповерхность для поляризации изображения в одном кадре. В этом исследовании команда исследовала, как обобщить концепцию поляризационной камеры.

«После создания специализированной поляризационной камеры мы хотели углубиться в изучение правил проектирования и компромиссов, которые определяют сочетание специального поляризационного компонента с обычной системой камер», — сказал Ноа Рубин, аспирант SEAS и соавтор. первый автор исследования.

Чтобы продемонстрировать эти правила проектирования, исследователи прикрепили поляризационную метаповерхность к стандартной камере машинного зрения, просто прикрутив ее перед объективом в небольшой трубке, в которой также находились цветной фильтр и полевая диафрагма. Оттуда все, что им нужно было сделать, это указать и щелкнуть, чтобы получить информацию о поляризации.

Наностолбики направляют свет на основе поляризации, которая формирует четыре изображения, каждое из которых показывает разные аспекты поляризации. Затем изображения объединяются, давая полную картину поляризации для каждого пикселя.

Насадку можно использовать для улучшения машинного зрения в транспортных средствах или в биометрических датчиках для приложений безопасности.

«Это метаповерхностное крепление невероятно универсально», — сказал Поль Шевалье, научный сотрудник SEAS и соавтор исследования. «Это компонент, который может использоваться в различных оптических системах, от телескопов размером с комнату до крошечных шпионских камер, расширяя область применения поляризационных камер».