在一个寒冷晴朗的日子里，你驾驶车辆穿越乡村公路，雪覆盖的田野呈现在你眼前。这一瞬间，你的眼睛仿佛进行着即时的图像处理，挑选出单独的物体进行聚焦，比如一个停车标志、一个谷仓，而场景的其余部分则在外围模糊。这种处理方式类似于你坐在办公桌前，大脑聚焦和模糊的图像被存储为记忆，稍后可以在脑海中描绘出来。
宾夕法尼亚州立大学的电气工程研究团队近日推出了一项颠覆性的技术创新，他们模仿了人眼的这种简单而即时的图像处理能力，创造了一种被称为超表面的光学元件。这种元件类似于载玻片，利用微小纳米结构在不同角度控制光的方向。在宾夕法尼亚州立大学电气工程与计算机科学系的Xingjie Ni副教授的带领下，该团队在《自然·通讯》上发表了他们的研究成果。
超表面的工作原理类似于将图像从笛卡尔坐标系转换为对数极坐标系。在笛卡尔坐标系中，图像像素沿x和y轴排列成直线行和直线列，而对数极坐标系统则使用像牛眼一样的像素分布。这种排列方式使得照片中更重要的部分能够清晰地显示出来，而其他部分则模糊，从而在处理中节省了数据带宽。
Xingjie Ni解释说：“就像人眼内部光受体的排列一样，超表面拍摄图像并将其排列在对数极坐标系中——中心区域的像素密度更高，聚焦区域的像素更稀疏。”
人工智能系统通常需要大量的计算能力和能量来处理图像和识别物体，速度可能较慢。超表面的引入为这一问题提供了解决方案。它可以在图像被相机捕捉之前进行预处理和变换，从而以最小的功率和数据带宽进行处理，为计算机和人工智能提供了更高效的工作方式。
研究人员表示，这一发明有着广泛的潜在应用。除了可以用于目标跟踪和监视，例如制作城市中汽车行驶的地图，超表面还可以与人工智能系统协同使用，作为预处理器，更容易从多个摄像头中识别相同的对象。此外，若应用于卫星，它还能跟踪飞机的整个飞行过程，从起飞到降落。
