同济大学在衍射光学元件实现轻薄计算成像取得进展

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光学成像系统已遍及地应用于我们生活的各个方面,从安防监控到自动驾驶,从手机摄影到比来的疫情防控,光学成像系统都是个中的核心部件。当前光学成像系统都基于折射光学元件构建,为了实现高机能成像,常日需要复杂的光学镜头,导致系统长度长、重量重。例现在朝手机相机的光学镜头,因其长度难以缩小而凸出于手机后壳。衍射光学元件(DOE)具有的平面化、轻薄、轴外像差小等特征,与提高的角力成像手艺相连络,有望实现平面化成像系统,在保证成像机能的景遇下,显著地缩小系统的长度和重量。 (原创文章www.77y77.com)


图1.传统光学系统和基于衍射光学元件的平面化光学系统


为了衍射光学元件与角力成像高效连络,实现轻薄高机能成像系统,将衍射光学元件和图像处理算法端到端协同设计必弗成少。但今朝还无法实现端到端协同设计实用化尺寸的衍射光学元件。首要原因在于端到端设计框架内存资源消费极大,例如设计31个波长,口径8mm的DOE,其内存需求高达20GB,远超今朝商用GPU显存大小。针对该核心问题,同济大学邃密光学工程研究所的顿雄博士,提出了基于齐心圆环分化的成像模型角力降维理念,并进一步连络能量正则化,成功地将端到端设计框架的内存需求降低了一个数量级。这使得研究团队首次实现了端到端设计8mm口径、31个消色差波长的衍射光学元件。实际成像究竟验证了其优异的成像机能。镜头有效微组织厚度仅2微米,其实际厚度仅取决于组织所采用基底厚度,理论上可以薄至数百微米。该设计体式为基于衍射光学元件的轻薄角力成像系统成长铺平了道路,有望将轻量化便携式角力摄影引入全新时代。


图2.衍射光学元件与深度进修处理算法端到端协同设计


图3.基于齐心圆环分化的角力降维理念


图4.实际成像例子展示(像素3000×2000)


相关研究功能以“Learned rotationally symmetric diffractive achromat for full-spectrum computational imaging”为题,于7月31在线揭橥于光学领域顶级期刊《Optica》。该功能为同济大学和斯坦福大学合营合作,同济大学顿雄博士为第一作者,同济大学程鑫彬教授和斯坦福大学Yifan Peng博士为合营通信作者,此外合作者包括同济大学王占山教授,斯坦福大学Gordon Wetzstein教授和HayatoIkoma博士生。相关研究工作获得了国度自然科学基金卓越青年基金项目的撑持。


相关链接:https://doi.org/10.1364/OPTICA.394413


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