طراحی و تحلیل یک فراسطح محاسباتی جدید بر مبنای تشدید فانو برای کاربردهای پردازش تصویر

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

2 گروه مخابرات، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

چکیده

در این مقاله براساس مفهوم تشدید فانو، یک فراسطح جدید طراحی می‌شود که قادر است عملگر‌ ریاضی مشتق مرتبه دوم را در فرکانس‌های نوری بر روی یک سیگنال یا تصویر ورودی بدون نیاز به عدسی‌های حجیم اجرا کند. ساختار این فراسطح از یک شبکه مثلثی تک لایه متشکل از حفره‌های مثلثی متساوی الاضلاع که در بستری از سیلیکون ایجاد شده، تشکیل می‌شود. تابع انتقال مورد نیاز برای یک فراسطح که بتواند از میدان الکتریکی موج تابشی، مشتق‌ بگیرد، استخراج می‌شود. بر اساس این محاسبات، روند طراحی فراسطح جهت دستیابی به تابع انتقال مورد نظر تشریح می‌شود. سپس با اعمال سیگنال‌های مختلف ورودی به فراسطح، نشان داده خواهد شد که در خروجی، مشتق مرتبه دوم سیگنال‌های ورودی ایجاد شده است. در نهایت با اعمال تصاویر مختلف به ورودی فراسطح، نتایج تشخیص لبه‌های تصویر نوری در حوزه آنالوگ ارائه می‌شود. فراسطح‌ معرفی شده می‌تواند مستقیماً مقابل یک حسگر تصویر CCD استاندارد قرار گرفته و در کاربردهای پردازش تصویر به عنوان یک فیلتر فضایی کارا و سریع عمل کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Design and Analysis of a Novel Computational Metasurface Based on Fano Resonance for Image Processing Applications

نویسندگان [English]

  • Mohammad Nassiri 1
  • Mohammad Yazdi 2
1 Faculty of Electrical and Computer Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran.
2 Faculty of Electrical and Computer Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran.
چکیده [English]

In this paper, benefiting from the concept of Fano resonance, a novel metasurface is designed that is capable of performing the second-order derivative mathematical operator at optical frequencies on an input signal or image without any need for bulky lenses. The structure of this metasurface consists of a single-layer triangular array composed of equilateral triangular cavities created in a substrate of silicon. The transfer function required for a metasurface that can derive from the electric field of the radiation wave is presented. Based on these formulations, the process of designing the metasurface to achieve the desired transfer function is described. Then, by applying different input signals to the metasurface, it will be shown that the second derivative of the input signals is created in the output. Finally, by applying different images to the metasurface input, the results of optical image edge detection are presented in the analog domain. The introduced metasurface can be placed directly in front of a standard CCD image sensor and employed as an efficient and fast spatial filter in image processing applications.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Computational metasurfaces
  • fano resonance
  • spatial derivative
  • edge detection
  • image processing