智能玻璃可能為機器視覺提供新途徑

【中玻網(wǎng)】

　　威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的一個團隊開發(fā)了一種新型的智能玻璃，它利用光學(xué)反射來識別圖像，而無需傳感器、電路、互聯(lián)網(wǎng)連接或外部電源。圖像識別所需的一切都被濃縮成一塊玻璃。該技術(shù)有一天可以用于將面部識別嵌入智能手機中。玻璃通過使入射光波失真來區(qū)分不同的圖像。

　　研究員Zongfu Yu（左），Ang Chen（中）和Efram Khoram（右）開發(fā)了一種智能玻璃的概念，該智能玻璃無需外部電源或電路即可識別圖像。

　　該玻璃用作納米光子介質(zhì)，可以以與人工神經(jīng)計算相當(dāng)?shù)姆绞綀?zhí)行非線性模式映射。復(fù)雜信息被編碼在輸入光的波前。當(dāng)光波進入玻璃杯時，玻璃杯會轉(zhuǎn)換波前以執(zhí)行諸如圖像識別之類的計算任務(wù)。

　　計算是由一種主體材料進行的，主體材料中有許多夾雜物，這些雜質(zhì)以氣泡和雜質(zhì)的形式出現(xiàn)在玻璃中。這些夾雜物在向前和向后的方向上散射光以區(qū)分圖像。散射以一種可以與數(shù)字人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）中的線性矩陣乘法相比的方式混合輸入光。夾雜物的位置和形狀可以與數(shù)字人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的重量參數(shù)進行比較。在輸出端，光能集中在定義明確的位置，例如可以解釋為圖像中對象的身份。研究人員認(rèn)為，他們的智能眼鏡可以為機器學(xué)習(xí)開辟一種新的模擬方法。

　　智能玻璃執(zhí)行的計算是材料固有的，因此可以無限期地使用一塊玻璃。于宗福教授說：“我們有可能將玻璃杯用作生物識別鎖，調(diào)整后只能識別一個人的臉�！�

　　“一旦建造，它將永遠持續(xù)下去�！�

　　為了證明概念，研究人員制造了可以識別手寫數(shù)字的玻璃碎片。從玻璃杯一端進入的數(shù)字圖像發(fā)出的光；然后將其聚焦在玻璃另一側(cè)的九個斑點之一上。每個點對應(yīng)一個不同的數(shù)字。當(dāng)手寫的“3”更改為“8”時，智能玻璃具有足夠的動態(tài)性，可以實時檢測。研究人員說，訓(xùn)練玻璃杯識別數(shù)字的方法與機器學(xué)習(xí)類似，只是對模擬材料而不是數(shù)字代碼進行了訓(xùn)練。

　　智能玻璃通過彎曲光線以識別不同的數(shù)字來模仿人工智能。由宗宗Yu提供。

　　于說：“我們已經(jīng)習(xí)慣了數(shù)字計算，但這拓寬了我們的視野�！�

　　“光傳播的波動力學(xué)提供了一種執(zhí)行模擬人工神經(jīng)計算的新方法�！�

　　將來，研究人員計劃確定他們的方法是否適用于復(fù)雜的任務(wù)，例如面部識別。與人類的視覺可以一次識別大量不同的物體不同，智能玻璃可以在特定的應(yīng)用中表現(xiàn)出色-例如，一塊用于數(shù)字識別，另一塊用于識別字母，另一塊用于面部。

　　哥倫比亞大學(xué)教授兼這項研究的合作者Ming Yuan說：“這項技術(shù)的真正力量在于能夠立即處理更復(fù)雜的分類任務(wù)，而不會消耗任何能量�！�

　　“這些任務(wù)是創(chuàng)建人工智能的關(guān)鍵——教無人駕駛汽車識別交通信號，在消費類設(shè)備中實現(xiàn)語音控制，以及眾多其他示例�！�

　　盡管前期培訓(xùn)過程可能很耗時且計算量很大，但是玻璃本身易于制造且價格便宜。

　　于說：“我們一直在思考我們?nèi)绾螢槲磥淼臋C器提供愿景，并構(gòu)想特定于應(yīng)用程序，任務(wù)驅(qū)動的技術(shù)�！�

　　“這幾乎改變了我們設(shè)計機器視覺的方式�！�