南京大學(xué)研究人員設(shè)計(jì)出一種新型緊湊型攝像頭，通過(guò)使用一系列超透鏡（用于操縱光線的平坦納米圖案表面），可獲取高質(zhì)量的廣角圖像。此前，高質(zhì)量廣角圖像通常需要笨重鏡頭才能獲得，但研究人員可采用創(chuàng)新方法將廣角攝像頭整合到智能手機(jī)、汽車或無(wú)人機(jī)等便攜式成像設(shè)備中。

圖片來(lái)源：期刊Optica

       中國(guó)南京大學(xué)教授李濤及其同事在期刊Optica上報(bào)告其新型超薄攝像頭。該全新攝像頭厚度只有0.3厘米，可以在超過(guò)120度的視角下拍攝清晰的場(chǎng)景圖像。

       廣角成像可以很好地捕獲大量信息，從而創(chuàng)建超高質(zhì)量圖像。對(duì)于自動(dòng)駕駛和基于無(wú)人機(jī)的監(jiān)控等機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用，廣角成像還可以提高性能和安全性，例如在車輛倒車時(shí)顯示盲區(qū)障礙物。

       李濤教授表示：“為了打造一款極其緊湊的廣角攝像頭，我們使用了一系列超鏡頭，每個(gè)鏡頭都可以捕捉廣角場(chǎng)景的某些部分，然后將圖像拼接在一起以創(chuàng)建廣角圖像，而不會(huì)降低圖像質(zhì)量?！?/p>

縮小廣角鏡頭

       廣角成像通常使用魚(yú)眼復(fù)合鏡頭或其他類型的多層鏡頭來(lái)完成。盡管研究人員之前曾嘗試使用超透鏡來(lái)制造廣角攝像頭，但獲得的圖像往往質(zhì)量差或具有其他缺點(diǎn)。

       而南京大學(xué)研究人員使用了一系列超透鏡，每一個(gè)都經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，可以聚焦不同范圍的照明角度。因此每個(gè)鏡頭都可以清晰地成像廣角物體或場(chǎng)景的一部分，然后通過(guò)計(jì)算將每個(gè)圖像中最清晰的部分拼接在一起以創(chuàng)建最終圖像。

       李濤教授還表示：“由于超表面的靈活設(shè)計(jì)，每個(gè)鏡頭的聚焦和成像性能都可以獨(dú)立優(yōu)化。因此，拼接后可產(chǎn)生高質(zhì)量的最終廣角圖像。此外，陣列可以僅使用一層材料制造，以降低成本。”

平面鏡片可看到更多

       為了演示這種新方法，研究人員使用納米制造技術(shù)創(chuàng)建了一個(gè)超透鏡陣列并將其直接安裝到CMOS傳感器上，從而創(chuàng)建了一個(gè)尺寸約為1 cm × 1 cm × 0.3 cm的平面攝像頭。然后，研究人員使用該攝像頭拍攝了一個(gè)廣角場(chǎng)景，且該場(chǎng)景是使用兩臺(tái)投影儀照亮攝像頭周圍15厘米距離的曲面屏幕。

       為了進(jìn)行對(duì)比，研究人員同時(shí)采用基于單一傳統(tǒng)元透鏡的攝像頭和新型平面攝像頭對(duì)投影在曲面屏幕上的“南京大學(xué)”字樣進(jìn)行成像。平面攝像頭產(chǎn)生的圖像可以清晰地顯示每個(gè)字母，并且具有大于120°的視角，是基于傳統(tǒng)元透鏡的攝像頭的三倍以上。

       研究人員指出，這項(xiàng)研究中展示的平面攝像頭使用的單個(gè)超透鏡的直徑僅為0.3 毫米。他們計(jì)劃將直徑擴(kuò)大至1到5毫米，以提高攝像頭的成像質(zhì)量。優(yōu)化后，該陣列可以量產(chǎn)，從而降低每個(gè)設(shè)備的成本。