当第一部使用Technicolor先进的三色彩电影制作的长篇电影于1935年首映时，“纽约时报”宣称“它在观众中产生了所有站在高峰上的兴奋......并且瞥见一个奇怪的，美丽的和意想不到的新世界。“
Technicolor永远改变了相机和人们看到和体验周围世界的方式。今天，有一个新的悬崖 - 这个悬崖，提供了两极化世界的观点。
极化是光线振动的方向，对人眼是不可见的(但某些种类的虾和昆虫可见)。但它提供了有关与其交互的对象的大量信息。目前使用偏振光的相机来检测材料应力，增强物体检测的对比度，并分析凹痕或划痕的表面质量。
然而，像早期的彩色相机一样，当前的偏振敏感相机体积庞大。此外，它们通常依赖于移动部件并且成本高昂，严重限制了其潜在应用的范围。
现在，哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员开发出一种高度紧凑的便携式摄像机，可以在一次拍摄中成像偏振。微型摄像机 - 大小与拇指一样 - 可以在自动驾驶车辆，机载飞机或卫星的视觉系统中找到一个地方来研究大气化学，或用于检测伪装物体。
偏振是光线振动的方向，对人眼是不可见的，但提供了许多与其相互作用的物体的信息。例如，偏振光突出了这种塑料勺的缺陷。图片来源：Harvard SEAS
该研究发表在“ 科学”杂志上。
“这项研究改变了成像方面的改变，”应用物理学教授罗伯特·L·华莱士和英国SEAS电子工程高级研究员Vinton Hayes说道，该论文的高级作者Federico Capasso说。“大多数相机通常只能检测光线的强度和颜色，但无法看到偏振。这款相机是对现实的全新视角，让我们能够揭示周围世界如何反射和传播光线。”
“偏振是光线的一个特征，在表面反射时会发生变化，”SEAS的博士后研究员兼该研究的共同作者Paul Chevalier说。“基于这种变化，极化可以帮助我们进行物体的三维重建，估计其深度，纹理和形状，并将人造物体与自然物体区分开来，即使它们的形状和颜色相同“。
为了解开这个强大的极化世界，Capasso和他的团队利用了表面的潜力，纳米尺度结构与波长尺度的光相互作用。
“如果我们想测量光的全偏振态，我们需要沿不同的偏振方向拍摄几张照片，”该论文的第一作者和Capasso实验室的研究生Noah Rubin说。“以前的设备使用移动部件或沿多条路径发送光线以获取多个图像，从而产生笨重的光学。更新的策略使用特殊图案的相机像素，但这种方法不能测量完全偏振状态并需要非标准成像在这项工作中，我们能够采用所需的所有光学元件，并将它们集成在一个带有表面的简单设备中。“
便携式偏振照相机的直径约为2厘米，并使用具有亚波长间隔纳米柱阵列的表面，以根据其偏振来引导光。图片来源：Eliza Grinnell / Harvard SEAS
通过对偏振光与物体相互作用的新理解，研究人员设计了一种超曲面，使用亚波长间隔的纳米柱阵列根据其偏振来引导光。然后，光形成四个图像，每个图像显示偏振的不同方面。总之，这些给出了每个像素的极化的完整快照。
该设备长约2厘米，并不比智能手机上的相机复杂。使用附带的镜头和保护套，该设备大小相当于一个小饭盒。研究人员对相机进行了测试，以显示注塑成型塑料物体的缺陷，将其带到外面拍摄汽车挡风玻璃的偏振，甚至自拍以展示偏振相机如何可视化脸部的三维轮廓。
“这项技术可以集成到现有的成像系统中，例如手机或汽车中的成像系统，可以广泛采用偏振成像和以前无法预见的新应用，”Rubin说。
“这项研究为相机技术开辟了一个激动人心的新方向，具有前所未有的紧凑性，使我们能够设想大气科学，遥感，面部识别，机器视觉等应用，”Capasso说。