城大研究團隊開發光學角點探測技術　為高效動作追蹤打開新路向

香港城市大學（城大）研究團隊開發出新型光學角點檢測成像方法，該方法採用基於角向希爾伯特變換超構表面，並被設計為通用框架。此研究大力推進了高速、低功耗光學資訊處理領域的發展，並展現在動作追蹤方面的應用潛力。

研究由城大電機工程系講座教授蔡定平教授領導，並與南京大學工程與應用科學學院的李濤教授聯合進行。研究成果題已於權威期刊《科學進展》發布，題為「基於角向希爾伯特變換超構表面的光學角點探測」，並獲選為期刊首頁的重點推薦文章。

研究受自然界的生物視覺啟發。許多動物對幾何特徵（尤其是角落）特別敏感。例如，蜜蜂偏好棱角分明的形狀，並依靠複眼識別花朵上的銳角結構；而啄木鳥則常啄食樹皮裂縫的交匯處或孔洞邊緣，因為這些地方更可能藏著昆蟲。

上述例子反映一種共同策略：透過聚焦角點等明顯突出的局部特徵，從複雜場景中提取關鍵資訊。在當今資訊爆炸的時代，此策略有助於降低視覺複雜度，並同時提升感知與運算效率。

目前角點探測主要依賴數位訊號處理，已廣泛應用於圖像配準、動作追蹤及三維重建等電腦視覺領域。然而，基於電子元件的數位處理在回應速度與能耗方面的不足，光子或光學處理或具更快速且更節能的優勢，但現有的光學處理方法主要聚焦於二維特徵提取，可行的光學角點探測方法仍顯匱乏。

在此研究中，研究團隊建構了4f成像系統，在傅立葉平面上引入超構表面，對光埸進行角向相位調制。他們採用氮化矽作為超構表面材料，並基於幾何相位調制優化結構參數，使之可在可見光譜範圍內高效寬頻地運作。

研究團隊首先測試了不同設計的超構表面，並證實圖像中各種多邊形的角點均能清晰突顯出來。他們還確認了系統在不同可見光波長下皆能穩定運作，體現系統的寬頻特性。團隊隨後透過多邊形陣列的成像實驗，證明系統能覆蓋整個探測面，展現出大視場角點探測的能力。

他們進一步展示同一超構表面可探測不同振幅、相位及角度特性的物體，深入分析及推導成像結果的奇偶性規律及亮暗點的形成。

研究團隊利用角點探測提取關鍵資訊的能力，對於隨機旋轉與平移的物體進行動作追蹤。實驗證明系統支援動作追蹤的能力，並展現高效的數據壓縮能力。

蔡教授表示：「透過這項研究，我們展現了光學超構表面在即時、高效資訊處理方面的獨特優勢，為全光學角點探測提供全新的技術路徑。我們的目標是在降低能耗，提升速度的同時，推動計算視覺及新一代智慧感知技術的突破性發展。」

城大電機工程系博士後研究員陳晨博士擔任共同第一作者之一。

這項合作研究獲得國家重點研發計劃、國家自然科學基金委員會、香港研究資助局及卓越學科領域計劃的支持。