新型偏振光增强人工智能视觉能力
2025-02-13李伟
人工智能视觉系统“看得越清楚”，其观察监测、自主导航及机器学习等活动取得的效果就越好。一种新型偏振光的问世使仿生学在人工智能视觉方面的应用得到拓展，基于人工智能技术的自动驾驶、医学诊疗和食品检测等系统的能力都将得到增强。
让人工智能视觉系统“看得更清”
美国密歇根大学的研究人员开发出一种新型白炽灯泡，它能发出新型椭圆偏振光，也称“扭曲光”。其光波在传播过程中会顺时针或逆时针旋转，相互映射，从而令光线接收者获得特殊的视觉效果。
据美国《连线》杂志报道，这种新型灯泡之所以能够发出椭圆偏振光，是灯丝的复杂结构决定的。研究人员在钨丝中加入微米级和纳米级扭曲结构，使光波呈现出螺旋状，从而有效实现了椭圆偏振。
天然偏振光其实并不“友好”。例如，当阳光照射到水面上时，光线会发生偏振反射，使人感到过于明亮甚至刺眼。水面的反射率越高，越多的偏振光就会射入人眼，令人感到不适。这也是为什么人们在海滩或湖边会佩戴偏光太阳镜。
与造成视觉干扰的天然偏振光不同，人造偏振光的应用十分广泛。密歇根大学研究人员开发的新型椭圆偏振光，一个极具前景的用途就是人工智能视觉系统，它能使人工智能“看清”范围更大的光谱，从而拥有更强的视觉能力。
椭圆偏振光能提供更多层次的信息，从而提高人工智能解读环境的能力。例如，椭圆偏振光可以通过实现更高的对比度，提高人工智能对物体外形和表面纹理的识别能力。当前一些机器人配备的自动对焦传感器，往往难以对某些物体仔细进行观察，因为这些物体呈现出的对比度不够，使传感器难以明确物体与自身的距离及物体的形状和颜色。如果机器人利用自身携带的发光装置发射椭圆偏振光，其经物体反射后就可以大幅提升物体呈现出的对比度，从而帮助机器人“看清”物体。
人工智能视觉系统“看得越清楚”，其观察监测、自主导航及机器学习等活动取得的效果就越好。参与该研究项目的美国科学基金会复杂粒子系统研究中心主任尼古拉斯·科托夫表示：“发射椭圆偏振光就如同向一个物体投射三维网格，能帮助人工智能视觉系统更精确地‘绘制’出这个物体。例如，它能帮助自动驾驶汽车分辨鹿与人。鹿的皮毛卷曲度与衣物面料的卷曲度不同，即使两者反射出的光的波长相近，椭圆偏振光的螺旋度也有所不同。由此，自动驾驶汽车的人工智能视觉系统能够准确分辨出面前的是鹿还是人。”
仿生学在人工智能领域的新应用
据科托夫介绍，利用椭圆偏振光增强人工智能的视觉能力，是仿生学在人工智能领域的新应用，其模仿的对象是螳螂虾。这种生物拥有令人难以置信的“复杂而专业”的视觉系统。它有12种感光器（人类的视觉系统只有3种感光器），可以分辨出部分紫外线和红外线，大大超出人类的视觉范围。螳螂虾能精准感知椭圆偏振光，从而分辨并锁定各种水下生物。出色的视觉系统使它成为致命的水下猎手。
自动驾驶系统引入椭圆偏振光，使仿生学在人工智能视觉方面的应用得到极大拓展。还有不少生物对偏振光很敏感，例如蜜蜂、蚂蚁和鸟类都会利用偏振光导航。未来将有更多的人造偏振光被开发出来，用于增强人工智能的视觉能力。
助力医学诊疗和食品检测
据英国《新科学家》杂志报道，除了自动驾驶系统，基于仿生学开发的新型偏振光还能改善其他人工智能系统的成像能力，其中两个重要领域是医学诊疗和食品检测。
伦敦大学医学院开发的人工智能诊疗系统，能够对特定波长的光波进行处理，形成偏振光并作用于人体组织。偏振光能穿透人体的皮肤，被细胞内的光敏物质吸收，从而引发一系列生物化学反应，包括促进细胞代谢、增强血液循环、调节免疫功能、抑制炎症反应等，从而达到治疗的目的。
具体来说，人工智能诊疗系统可以利用偏振光实现疼痛管理、炎症缓解、伤口愈合和组织修复。
剑桥大学人工智能中心开发的食品检测系统采用了新型偏振光技术，通过偏振光的散射快速测定食品质量和新鲜度。例如，通过观察水果表面的偏振光散射图像，可以判断其是否成熟、内部是否腐烂以及腐烂程度。食品检测系统还能利用偏振光检测食品中是否存在异物，是否遭受污染，从而有效保障食品安全。
光学和仿生学领域的新热点
《新科学家》杂志指出，偏振光技术是光学和仿生学领域的一个新热点，其应用日益广泛，正在改变科学研究和生产生活的多个方面。
一是通信系统。偏振光可以用于光纤数据传输，能够实现在一条线路上传输更多的数据。精确控制偏振光，可以基于现有的基础设施形成更多的传输通道，从而提高数据传输速率。
二是偏振显微镜。它已被广泛应用于多个领域。偏振器将光源发出的光转化为特定的偏振光。分析仪则负责分析偏振光与样品相互作用后出现的变化，进而推断样品的结构、组成和性质。
三是偏振滤镜。它是摄影师的新宠，能过滤水面的反光，还能调整天空的颜色。通过选择不同种类的偏振滤镜，可以达到不同的视觉效果，为摄影创作增添更多的可能性。
编辑：姚志刚" " winter-yao@163.com
