新型偏振光增強人工智能視覺能力

人工智能視覺系統(tǒng)“看得越清楚”，其觀察監(jiān)測、自主導航及機器學習等活動取得的效果就越好。一種新型偏振光的問世使仿生學在人工智能視覺方面的應(yīng)用得到拓展，基于人工智能技術(shù)的自動駕駛、醫(yī)學診療和食品檢測等系統(tǒng)的能力都將得到增強。

讓人工智能視覺系統(tǒng)“看得更清”

美國密歇根大學的研究人員開發(fā)出一種新型白熾燈泡，它能發(fā)出新型橢圓偏振光，也稱“扭曲光”。其光波在傳播過程中會順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)，相互映射，從而令光線接收者獲得特殊的視覺效果。

據(jù)美國《連線》雜志報道，這種新型燈泡之所以能夠發(fā)出橢圓偏振光，是燈絲的復雜結(jié)構(gòu)決定的。研究人員在鎢絲中加入微米級和納米級扭曲結(jié)構(gòu)，使光波呈現(xiàn)出螺旋狀，從而有效實現(xiàn)了橢圓偏振。

天然偏振光其實并不“友好”。例如，當陽光照射到水面上時，光線會發(fā)生偏振反射，使人感到過于明亮甚至刺眼。水面的反射率越高，越多的偏振光就會射入人眼，令人感到不適。這也是為什么人們在海灘或湖邊會佩戴偏光太陽鏡。

與造成視覺干擾的天然偏振光不同，人造偏振光的應(yīng)用十分廣泛。密歇根大學研究人員開發(fā)的新型橢圓偏振光，一個極具前景的用途就是人工智能視覺系統(tǒng)，它能使人工智能“看清”范圍更大的光譜，從而擁有更強的視覺能力。

橢圓偏振光能提供更多層次的信息，從而提高人工智能解讀環(huán)境的能力。例如，橢圓偏振光可以通過實現(xiàn)更高的對比度，提高人工智能對物體外形和表面紋理的識別能力。當前一些機器人配備的自動對焦傳感器，往往難以對某些物體仔細進行觀察，因為這些物體呈現(xiàn)出的對比度不夠，使傳感器難以明確物體與自身的距離及物體的形狀和顏色。如果機器人利用自身攜帶的發(fā)光裝置發(fā)射橢圓偏振光，其經(jīng)物體反射后就可以大幅提升物體呈現(xiàn)出的對比度，從而幫助機器人“看清”物體。

人工智能視覺系統(tǒng)“看得越清楚”，其觀察監(jiān)測、自主導航及機器學習等活動取得的效果就越好。參與該研究項目的美國科學基金會復雜粒子系統(tǒng)研究中心主任尼古拉斯·科托夫表示：“發(fā)射橢圓偏振光就如同向一個物體投射三維網(wǎng)格，能幫助人工智能視覺系統(tǒng)更精確地‘繪制’出這個物體。例如，它能幫助自動駕駛汽車分辨鹿與人。鹿的皮毛卷曲度與衣物面料的卷曲度不同，即使兩者反射出的光的波長相近，橢圓偏振光的螺旋度也有所不同。由此，自動駕駛汽車的人工智能視覺系統(tǒng)能夠準確分辨出面前的是鹿還是人?！?/p>

仿生學在人工智能領(lǐng)域的新應(yīng)用

據(jù)科托夫介紹，利用橢圓偏振光增強人工智能的視覺能力，是仿生學在人工智能領(lǐng)域的新應(yīng)用，其模仿的對象是螳螂蝦。這種生物擁有令人難以置信的“復雜而專業(yè)”的視覺系統(tǒng)。它有12種感光器（人類的視覺系統(tǒng)只有3種感光器），可以分辨出部分紫外線和紅外線，大大超出人類的視覺范圍。螳螂蝦能精準感知橢圓偏振光，從而分辨并鎖定各種水下生物。出色的視覺系統(tǒng)使它成為致命的水下獵手。

自動駕駛系統(tǒng)引入橢圓偏振光，使仿生學在人工智能視覺方面的應(yīng)用得到極大拓展。還有不少生物對偏振光很敏感，例如蜜蜂、螞蟻和鳥類都會利用偏振光導航。未來將有更多的人造偏振光被開發(fā)出來，用于增強人工智能的視覺能力。

助力醫(yī)學診療和食品檢測

據(jù)英國《新科學家》雜志報道，除了自動駕駛系統(tǒng)，基于仿生學開發(fā)的新型偏振光還能改善其他人工智能系統(tǒng)的成像能力，其中兩個重要領(lǐng)域是醫(yī)學診療和食品檢測。

倫敦大學醫(yī)學院開發(fā)的人工智能診療系統(tǒng)，能夠?qū)μ囟úㄩL的光波進行處理，形成偏振光并作用于人體組織。偏振光能穿透人體的皮膚，被細胞內(nèi)的光敏物質(zhì)吸收，從而引發(fā)一系列生物化學反應(yīng)，包括促進細胞代謝、增強血液循環(huán)、調(diào)節(jié)免疫功能、抑制炎癥反應(yīng)等，從而達到治療的目的。

具體來說，人工智能診療系統(tǒng)可以利用偏振光實現(xiàn)疼痛管理、炎癥緩解、傷口愈合和組織修復。

劍橋大學人工智能中心開發(fā)的食品檢測系統(tǒng)采用了新型偏振光技術(shù)，通過偏振光的散射快速測定食品質(zhì)量和新鮮度。例如，通過觀察水果表面的偏振光散射圖像，可以判斷其是否成熟、內(nèi)部是否腐爛以及腐爛程度。食品檢測系統(tǒng)還能利用偏振光檢測食品中是否存在異物，是否遭受污染，從而有效保障食品安全。

光學和仿生學領(lǐng)域的新熱點

《新科學家》雜志指出，偏振光技術(shù)是光學和仿生學領(lǐng)域的一個新熱點，其應(yīng)用日益廣泛，正在改變科學研究和生產(chǎn)生活的多個方面。

一是通信系統(tǒng)。偏振光可以用于光纖數(shù)據(jù)傳輸，能夠?qū)崿F(xiàn)在一條線路上傳輸更多的數(shù)據(jù)。精確控制偏振光，可以基于現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施形成更多的傳輸通道，從而提高數(shù)據(jù)傳輸速率。

二是偏振顯微鏡。它已被廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域。偏振器將光源發(fā)出的光轉(zhuǎn)化為特定的偏振光。分析儀則負責分析偏振光與樣品相互作用后出現(xiàn)的變化，進而推斷樣品的結(jié)構(gòu)、組成和性質(zhì)。

三是偏振濾鏡。它是攝影師的新寵，能過濾水面的反光，還能調(diào)整天空的顏色。通過選擇不同種類的偏振濾鏡，可以達到不同的視覺效果，為攝影創(chuàng)作增添更多的可能性。

編輯：姚志剛" " winter-yao@163.com