南京大學在超構(gòu)透鏡廣角成像研究取得重要進展
近日，南京大學李濤教授、祝世寧院士的研究團隊研發(fā)出一種基于超構(gòu)透鏡陣列的平面廣角相機。該工作充分發(fā)揮了超構(gòu)透鏡超輕、超薄的優(yōu)勢，僅用亞微米厚的單層超構(gòu)透鏡陣列就實現(xiàn)了超過120°視角高質(zhì)量的廣角成像功能。結(jié)合團隊之前開發(fā)的超構(gòu)透鏡與CMOS成像芯片，整個平面廣角相機相較商用魚眼鏡頭在體積和重量上具有巨大優(yōu)勢（對比見圖一，右側(cè)平面廣角相機的尺寸約1cm×1cm×0.3cm），有望用于智能手機，或汽車、無人機等載具，的便攜式成像設(shè)備上。 r oM !%hb
+R2+?v6
[attachment=112203] K6EG"Vv!
圖一 商用魚眼鏡頭與超表面集成廣角相機對比 :\F1S:&P
廣角成像對于捕獲大量信息具有重要作用。對于自動駕駛和基于無人機的監(jiān)控等機器視覺的應用場景，廣角成像可以提高性能和安全性，例如顯示在車輛倒車時無法看到的障礙物等。此外，廣角成像在日常生活中也具有寬闊風景、人數(shù)眾多的合照拍攝等常用功能。 7R7e3p,K
y2M]z:Y U
傳統(tǒng)的廣角成像通常使用魚眼復合鏡頭或其它類型的多層鏡頭來完成，但較大的體積限制了其應用場景。超構(gòu)透鏡是一種基于超構(gòu)表面的衍射型透鏡。得益于超構(gòu)表面靈活高效的光場調(diào)控能力和極薄的尺寸，超構(gòu)透鏡自2016年被提出以來，被人們認為有望取代傳統(tǒng)的體塊折射型透鏡。近十年來研究人員付出大量的探索研究，極大地推進了超構(gòu)透鏡的性能表現(xiàn)。其中，人們就嘗試各種設(shè)計方案來擴大超構(gòu)透鏡的視場，希望應用于廣角成像功能，提出了如雙層超表面結(jié)構(gòu)、二次相位型超表面結(jié)構(gòu)等方案。然而，到目前為止這些方案需要成像效率、成像分辨率等方面做出犧牲，整體來說其綜合性能還不夠理想。 &WKAg:^k)
PpLuN12H
李濤教授團隊提出了一種基于超構(gòu)透鏡陣列的廣角成像方案。其實現(xiàn)原理是對陣列中的每個透鏡相位進行精心設(shè)計，在雙曲聚焦相位的基礎(chǔ)上附加一定的角度修正項，使得每個透鏡可以對一定角度范圍內(nèi)的入射光高質(zhì)量聚焦。陣列中所有透鏡負責的角度范圍可以覆蓋120°的視角范圍，然后通過將每個透鏡的子圖像拼接可以得到完整的廣角成像（見圖二示意圖）。 1smKU9B2)
?1.W F}X'
[attachment=112204] I } .9
圖二 超構(gòu)透鏡廣角成像效果示意圖 n@$("p
|