新型偏振光增強人工智能視覺能力

人工智能視覺系統“看得越清楚”，其觀察監測、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用得到拓展，基于人工智能技術的自動駕駛、醫學診療和食品檢測等系統的能力都將得到增強。

讓人工智能視覺系統“看得更清”

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

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

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，人造偏振光的應用十分廣泛。密歇根大學研究人員開發的新型橢圓偏振光，一個極具前景的用途就是人工智能視覺系統，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境的能力。例如，橢圓偏振光可以通過實現更高的對比度，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光裝置發射橢圓偏振光，其經物體反射后就可以大幅提升物體呈現出的對比度，從而幫助機器人“看清”物體。

人工智能視覺系統“看得越清楚”，其觀察監測、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研究中心主任尼古拉斯·科托夫表示：“發射橢圓偏振光就如同向一個物體投射三維網格，能幫助人工智能視覺系統更精確地‘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能夠準確分辨出面前的是鹿還是人。”

仿生學在人工智能領域的新應用

據科托夫介紹，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域的新應用，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”的視覺系統。它有12種感光器（人類的視覺系統只有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。出色的視覺系統使它成為致命的水下獵手。

自動駕駛系統引入橢圓偏振光，使仿生學在人工智能視覺方面的應用得到極大拓展。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出來，用于增強人工智能的視覺能力。

助力醫學診療和食品檢測

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

倫敦大學醫學院開發的人工智能診療系統，能夠對特定波長的光波進行處理，形成偏振光并作用于人體組織。偏振光能穿透人體的皮膚，被細胞內的光敏物質吸收，從而引發一系列生物化學反應，包括促進細胞代謝、增強血液循環、調節免疫功能、抑制炎癥反應等，從而達到治療的目的。

具體來說，人工智能診療系統可以利用偏振光實現疼痛管理、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的食品檢測系統采用了新型偏振光技術，通過偏振光的散射快速測定食品質量和新鮮度。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、內部是否腐爛以及腐爛程度。食品檢測系統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。

光學和仿生學領域的新熱點

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

一是通信系統。偏振光可以用于光纖數據傳輸，能夠實現在一條線路上傳輸更多的數據。精確控制偏振光，可以基于現有的基礎設施形成更多的傳輸通道，從而提高數據傳輸速率。

二是偏振顯微鏡。它已被廣泛應用于多個領域。偏振器將光源發出的光轉化為特定的偏振光。分析儀則負責分析偏振光與樣品相互作用后出現的變化，進而推斷樣品的結構、組成和性質。

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，為攝影創作增添更多的可能性。

編輯：姚志剛" " winter-yao@163.com