图像处理是指从图像中提取实用信息的特定操作过程，在现代技术的快速发展中起着重要作用。作为不可或缺的一部分，边缘检测涉及计算图像梯度以量化图像中边缘的大小和方向，在医学成像，人脸识别和自动驾驶汽车中有相当大的应用。
目前，面对快速计算、低能耗和并行处理的快速增长的需求，全光计算正成为边缘检测的一种很有前途的途径。迄今为止，已经提出了几种用于实时和高效边缘检测的光学微分器，包括光子晶体，光子芯片和超表面。然而，这些设备和结构一旦制造出来通常是固定的，它们的功能总是静态的。高度受限的不可重构光子器件给边缘增强成像的动态可调性蒙上了阴影，从而抑制了该技术的潜力。
克服这一挑战是南京大学陈鹏副教授和陆艳青教授的研究团队，以及深圳大学张万龙副教授和袁晓丛教授的研究团队共同领导的最新《国家科学评论》论文发表的动机。研究人员提出了一种基于铁电液晶(FLC)拓扑结构的快速切换光学边缘检测方案。
液晶(lc)以其对外部刺激(如热，电场/磁场和光照射)的良好敏感性而闻名，并且在动态功能器件中经历了许多发展。作为一种捕集型LC材料，铁电性手性微晶LC的特点是在外加电场作用下LC定向器的面内切换和相应的超快电光响应。专注于纳米结构液晶及其光学应用的陈鹏副教授指出。“FLC可以合理地期望成为动态边缘增强成像新方案的有力候选。”
电抑制螺旋(ESH)模式由于其光轴可调且具有超高速而引人注目，其中FLCs的手性结构被适当的电场高度抑制。该团队深入研究了可重构光轴，解决了常见二元FLC结构的局限性，提出了一种基于非均匀纳米结构FLC的快速选择性多色光学边缘检测策略。
该团队利用光对准技术构建了具有方位变化的手性片层结构，在FLCs中构建了拓扑螺旋超结构。由于ESH模式的独特机制，整个空间变光轴以相反的电场极性同步旋转。
“由于可重构FLC上层结构，在相同入射下可以动态生成几乎正交的矢量光束。”由陈鹏指导的博士生、该研究的第一作者陈文说。“因此，基于传统的4f系统与交叉偏振器的配合，可以实现实时和高质量的边缘增强成像。通过改变外加电场的极性，可以选择性地突出显示水平或垂直边缘。
“令人兴奋的是，测量到的水平和垂直边缘之间的切换时间快至57 μs，”该论文的共同第一作者、博士生朱东(Dong Zhu)说。“提出的高速FLC器件提供了在正交方向导数运算之间快速切换的解决方案，有望作为光学计算中的可控处理器。此外，快速边缘选择可能与商用高速成像仪兼容，有利于快速获取和实时显示多维光信息。
在本研究中，动态功能在2000多个循环中保持良好。由于未调制的光被交叉偏振片过滤在这里，高对比度的边缘成像也有效地实现了整个超宽光谱。
“动态边缘成像的出色可靠性和可逆性得到了生动的验证，”通讯作者和团队负责人陆艳青教授说。“这项工作探索了拓扑螺旋超结构在模拟光学计算新兴领域的潜力，并揭示了它们在机器视觉领域前所未有的能力。更多的可能性在等着我们。”
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希望本篇文章《拓扑手性超结构提高成像速度》能对你有所帮助！
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