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科技日报记者 华凌 如何实现无像差的完美光学成像，百年来一直是光学中最重要且仍悬而未决的难题之一。《科学》将“能否制造完美的光学透镜”列为21世纪一项科学前沿问题。近日，由清华大学戴琼海院士带领的自动化系成像与智能技术实验室团队提出一种集成化的元成像芯片架构，为解决这一难题开辟了一条新路径。相关研究论文发表在最新一期《自然》上。
元成像芯片成像原理与大范围像差矫正效果。图片来源：清华大学成像与智能技术实验室 光学成像拓展了人类的认知边界，推动科学的进步；也应用于人们生活的方方面面。然而受到不可避免的镜面加工误差，系统设计缺陷与环境扰动的限制，使得实际成像分辨率与信噪比往往显著低于完美成像系统。 据介绍，区别于构建完美透镜，研究团队另辟蹊径，研制一种超级传感器，记录成像过程而非图像本身，通过实现对非相干复杂光场的超精细感知与融合，即使经过不完美的光学透镜与复杂的成像环境，依然能够实现完美的三维光学成像。 该团队攻克超精细光场感知与超精细光场融合两大核心技术，以分布式感知突破空间带宽积瓶颈，以自组织融合实现多维多尺度高分辨重建，借此能够用对光线的数字调制来替代传统光学系统中的物理模拟调制，并将其精度提升至光学衍射极限。 这一技术解决了长期以来的光学像差瓶颈，有望成为下一代通用像感器架构，而无需改变现有的光学成像系统，带来颠覆性的变化，将应用于天文观测、生物成像、医疗诊断、移动终端、工业检测、安防监控等领域。 清华大学自动化系戴琼海院士、电子系方璐副教授为该论文共同通讯作者；自动化系吴嘉敏助理教授、清华-伯克利深圳学院2020级博士研究生郭钰铎、自动化系博士后邓超担任共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金委与科技部的资助。 |
