城大研光學角點檢測成像 效法生物視覺 助拓高速低耗計算視覺

香港文匯報訊（記者 莫楠）自然界中，不少動物對幾何特徵格外敏感。蜜蜂靠複眼辨識花朵上的銳角結構，啄木鳥則能從樹皮裂縫交匯處或孔洞邊緣提取關鍵資訊，迅速鎖定昆蟲藏身之處。這種從複雜場景中篩選關鍵視覺資訊的能力，既能降低視覺複雜度，亦有助提升感知與運算效率。

受此啟發，香港城市大學電機工程系講座教授蔡定平領導的研究團隊，與南京大學合作，成功開發出新型光學角點檢測成像方法。團隊建構4f成像系統，在傅立葉平面引入超構表面，對光場進行角向相位調制。研究採用氮化矽作為超構表面材料，並基於幾何相位調制優化結構參數，使其可在可見光譜範圍內高效寬頻運作，更設計為通用框架，大力推進了高速、低功耗光學資訊處理領域的發展，並展現在動作追蹤方面的應用潛力。

目前角點探測主要依賴數位訊號處理，廣泛應用於圖像配準、動作追蹤及三維重建等電腦視覺領域。然而，基於電子元件的數位處理在回應速度與能耗方面存在不足；光子或光學處理雖具更快速、更節能的潛力，但現有方法主要聚焦二維特徵提取，可行的光學角點探測方法仍顯匱乏。

團隊首先測試不同設計的超構表面，證實圖像中各類多邊形的角點均能清晰突顯，並確認系統在不同可見光波長下皆能穩定運作，體現寬頻特性。其後，團隊透過多邊形陣列成像實驗，證明系統能覆蓋整個探測面，具備大視場角點探測能力。研究進一步展示同一超構表面可探測不同振幅、相位及角度特性的物體，並深入分析及推導成像結果的奇偶性規律與亮暗點形成機制。團隊更利用角點探測提取關鍵資訊的能力，對隨機旋轉與平移的物體進行動作追蹤。實驗結果證明系統支援動作追蹤，並展現高效的數據壓縮能力。

蔡定平表示，是次研究展現了光學超構表面在即時、高效資訊處理方面的獨特優勢，為全光學角點探測提供全新技術路徑。團隊的目標是在降低能耗、提升速度的同時，推動計算視覺及新一代智慧感知技術的突破性發展。