新型偏振相机，呈现“不可见”世界学术资讯

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偏振是指光振动的方向。虽然人眼并不可见，但它可以提供很多与之相互作用的对象的信息。例如，图片中的偏振光显示了塑料勺子的缺陷。

1935年，当第一部采用三色-彩色技术制作的全长电影首映时，《纽约时报》发出了这样的感叹：“它让观众产生了站在顶峰看见陌生的、美丽新世界的兴奋感。”特艺色染印法（Technicolor）永远改变了相机和人类看待与体验世界的视角。如今，新型偏振相机可能又会为人类呈现出另外一个世界。

偏振是光振动的方向，虽然人眼无法观察到偏振，但偏振可以提供大量与之交互的对象的信息。目前，偏振光相机被广泛用于检测材料应力、增强物体检测对比度以及分析凹/划痕的表面质量等。然而，与早期的彩色相机类似，现有的偏振相机存在体积非常庞大，对移动部件依赖性高，以及成本高昂等明显缺点，严重限制了它们的进一步应用。

据eurekalert.org网站7月4日报道，《科学》杂志发文称，美国哈佛大学工程与应用学院（SEAS）的研究人员开发了一种高度紧凑的便携式偏振相机，这种拇指大小的微型相机有望在自动驾驶汽车、卫星观测系统、大气化学分析和伪装物体探测等方面的应用中寻得一席之地。SEAS研究人员、论文作者Federico Capasso说：“这项技术可能会改变成像领域的游戏规则。大多数相机只能检测光的强度和颜色，而无法检测偏振。我们开发的相机可以从新视角呈现现实世界，并揭示光线的反射与传播。”SEAS博士后、论文作者Paul Chevalier说：“偏振是光的一种特征，光接触到物体表面产生反射后，偏振情况会发生改变。基于这种变化，偏振可以帮助研究人员对物体进行三维重建，以估计其表面凹痕深度和纹理等，从而区分形状和颜色相近的人造物体与天然物体。”

为了解析强大的偏振世界，Capasso团队使用了超表面这种纳米结构。论文第一作者、Capasso实验室研究生Noah Rubin解释说：“此前，如果我们想测定光的全偏振状态，就需要沿着不同的偏振方向拍摄多张照片。为了满足这一需求，之前的设备体积只能做得非常庞大。另一种策略则是使用含特殊图案的相机像素，但这种方法不能测量全偏振状态，并且需要使用非标准的成像传感器。在我们团队的工作中，我们将所有必需的光学元件集成到了单一的简单超表面设备中。”利用对偏振光与物体相互作用的新见解，研究人员设计了一种超表面，它采用亚波长间隔的纳米颗粒阵列依据偏振光的偏振方向引导光线，然后成像。每幅图像都可以从不同角度展示偏振情况。将四幅图像拼合在一起，就能得到偏振的完整“快照”。

新型偏振相机长度仅约两厘米，复杂程度几乎与智能手机的摄像头无异。Rubin等对相机进行了一系列测试，如显示注塑成型的塑料制品的缺陷、自拍演示人脸的三维轮廓可视化等。Rubin说：“这项技术可以集成到现有成像系统中，从而使偏振成像得到更广泛的应用。” Capasso认为，新型偏振相机为相机技术开辟了一个新方向，使大气科学、遥感技术和人脸识别等领域的应用更加丰富。

科界原创

编译：雷鑫宇

审稿：阿淼

责编：张梦

期刊来源：《科学》

期刊编号：0036-8075

原文链接：

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-07/hjap-cbu070319.php