阿姆斯特丹大学物理研究所的研究人员在 Jorik van de Groep 的领导下，开发出一种突破性的方法，能以极快的速度和最低的能耗检测图像边缘。 他们的研究成果最近发表在ACS Photonics上。

物理学家利用一个由多个薄层组成的巧妙装置，设法输出传入图像的边缘。 图片来源：阿姆斯特丹大学

随着对计算能力需求的不断增长，能耗已成为人们关注的焦点。 传统硬件难以满足日益增长的软件需求，因此迫切需要高能效的替代方案。 为此，研究人员一直在探索既能提供高速性能，又能降低能耗的新计算方法。

其中一种很有前景的方法是光学模拟计算，这种技术在相机捕捉图像之前就利用光来执行数学运算。 光学模拟计算设备不需要电力，因此非常节能。 此外，由于这些操作是以光速进行的，因此过程几乎是瞬时的。

这一突破可以为更高效、更快速的数据处理解决方案铺平道路，为依赖高速成像和分析的行业带来潜在的游戏规则改变。

物理学家与工业合作伙伴 WITec 公司和 SCIL Imprint Solutions 公司合作，重点研究了边缘检测技术，旨在识别图像中的边缘--亮度发生突然变化的位置，表明被观测物体的边界。 边缘检测是图像处理中最关键的任务之一，可应用于自动驾驶汽车等领域。 为了进行光学模拟计算，物理学家们使用了一种简单易制的薄膜堆栈。

结果证明，这种方法非常有效，甚至能探测到非常小的物体（约 1 微米）的边缘。

这篇论文的第一作者 Bernardo Dias 说："与最先进的复杂光学镀膜相比，层栈的设计非常简单。 尽管如此，我们的设备显示出迄今为止最大的数值孔径之一，使我们能够对尽可能小的目标进行边缘检测。"

这种方法的另一个好处是，它可以与大量光源（如灯、发光二极管或激光器）配合使用，从而促进了其在现有技术中的潜在应用。 研究结果表明，这些技术尤其可用于高分辨率显微镜检查。 由于该装置还能突出传统明视野显微镜看不到的透明物体边缘（想想细胞），因此还可以应用于生物样本。

下一步，研究人员的目标是开发用于光学模拟计算的可切换设备，在这种设备上，人们可以开关数学运算，或者设备可以在不同功能之间切换。

编译自/ScitechDaily