其他超緊湊超表面透鏡存在嚴(yán)重的圖像失真、小視野以及捕獲可見(jiàn)光全光譜的能力有限——被稱(chēng)為 RGB 成像，因?yàn)樗�結(jié)合了紅色、綠色和藍(lán)色以產(chǎn)生不同的色調(diào)。

“設(shè)計(jì)和配置這些微小的微結(jié)構(gòu)來(lái)做你想做的事情是一個(gè)挑戰(zhàn)，”計(jì)算機(jī)科學(xué)博士 Ethan Tseng說(shuō)(他是共同領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的普林斯頓大學(xué)學(xué)生)，“對(duì)于捕獲大視野 RGB 圖像的這項(xiàng)特定任務(wù)，它具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)橛袛?shù)百萬(wàn)個(gè)這樣的小微結(jié)構(gòu)，而且不清楚如何以最佳方式設(shè)計(jì)它們�！�

以前的微型相機(jī)（左）在視野有限的情況下捕捉到模糊、失真的圖像。 一種稱(chēng)為神經(jīng)納米光學(xué)的新系統(tǒng)（右）可以產(chǎn)生與傳統(tǒng)復(fù)合相機(jī)鏡頭相當(dāng)?shù)那逦�、全彩圖像。

共同主要作者謝恩·科爾本（Shane Colburn）通過(guò)創(chuàng)建計(jì)算模擬器來(lái)自動(dòng)測(cè)試不同的納米天線配置來(lái)應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)�？茽柋菊f(shuō)，由于天線的數(shù)量及其與光相互作用的復(fù)雜性，這種類(lèi)型的模擬可以使用“大量的內(nèi)存和時(shí)間”。他開(kāi)發(fā)了一個(gè)模型，可以以足夠的精度有效地近似超表面的圖像生成能力。

科爾本博士作為博士進(jìn)行了這項(xiàng)工作�？茽柋臼侨A盛頓大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程系 (UW ECE) 的學(xué)生，現(xiàn)在是該校的附屬助理教授。他還在 Tunoptix 指導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這是一家總部位于西雅圖的公司，正在將超表面成像技術(shù)商業(yè)化。Tunoptix 是由科爾本 的研究生導(dǎo)師阿爾卡·馬朱姆達(dá)爾（Arka Majumdar）共同創(chuàng)立的，阿爾卡·馬朱姆達(dá)爾 是華盛頓大學(xué)歐洲經(jīng)委會(huì)和物理系的副教授，也是該研究的合著者。

合著者詹姆斯·懷特黑德（James Whitehead）、博士UW ECE 的學(xué)生制造了基于氮化硅的超表面，氮化硅是一種玻璃狀材料，與用于計(jì)算機(jī)芯片的標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制造方法兼容——這意味著給定的超表面設(shè)計(jì)可以以低于傳統(tǒng)相機(jī)中的鏡頭。

Mait-Optik顧問(wèn)、美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室前高級(jí)研究員兼首席科學(xué)家約瑟夫·梅特（Joseph Mait）說(shuō)：“雖然光學(xué)設(shè)計(jì)方法并不新鮮，但這是第一個(gè)在前端使用表面光學(xué)技術(shù)并在后端使用基于神經(jīng)處理的系統(tǒng)。”

“已發(fā)表工作的意義在于完成了一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，共同設(shè)計(jì)超表面數(shù)百萬(wàn)個(gè)特征的大小、形狀和位置以及檢測(cè)后處理的參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)所需的成像性能，”未參與其中的梅特補(bǔ)充道。

海德和他的同事現(xiàn)在正在努力為相機(jī)本身增加更多的計(jì)算能力。除了優(yōu)化圖像質(zhì)量外，他們還希望增加物體檢測(cè)功能以及與醫(yī)學(xué)和機(jī)器人技術(shù)相關(guān)的其他傳感模式。

海德還設(shè)想使用超緊湊型成像器來(lái)創(chuàng)建“作為傳感器的表面”。他說(shuō)：“我們可以將單個(gè)表面變成具有超高分辨率的攝像頭，這樣你的手機(jī)背面就不再需要三個(gè)攝像頭了，但整個(gè)手機(jī)背面將變成一個(gè)巨大的攝像頭。我們可以想象完全不同的未來(lái)制造設(shè)備的方法�！�

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