4月15日消息，研究人员设计了一种新型紧凑型相机，该相机使用一系列超透镜（用于操纵光线的平坦纳米图案表面）获取高质量的广角图像。通过消除此类成像通常需要的笨重的镜头，新方法可以将广角相机整合到智能手机和汽车或无人机等车辆的便携式成像设备中。

图片来源：南京大学李涛

与基于单个传统元透镜的相机相比，他们的新平面相机 (MIWC) 可以生成更清晰的投影在曲面屏幕上的图像图像。

中国南京大学的李涛及其同事报告了他们在Optica上的新型超薄相机。新的摄像头只有 0.3 厘米厚，可以在 120 度以上的视角拍摄清晰的场景图像。

广角成像对于捕获大量信息很有用，这些信息可以创建令人惊叹的高质量图像。对于自动驾驶和基于无人机的监控等机器视觉应用，广角成像可以提高性能和安全性，例如通过显示在车辆倒车时无法看到的障碍物。

“为了打造一款极其紧凑的广角相机，我们使用了一系列超镜头，每个镜头都可以捕捉广角场景的某些部分，”李说：“然后将图像拼接在一起以创建广角图像，而不会降低图像质量。”

缩小广角镜头

广角成像通常使用鱼眼复合镜头或其他类型的多层镜头来完成。尽管研究人员之前曾尝试使用超透镜来制造广角相机，但它们往往会受到图像质量差或其他缺点的影响。

研究人员制造了一个超透镜阵列（在右侧放大）并将其直接安装到 CMOS 传感器上。这创造了一个平面相机，尺寸约为 1 cm × 1 cm × 0.3 cm。图片来源：南京大学李涛

在这项新工作中，研究人员使用了一系列超透镜，每一个都经过精心设计，可以聚焦不同范围的照明角度。这允许每个镜头清晰地成像广角物体或场景的一部分。然后可以通过计算将每个图像中最清晰的部分拼接在一起以创建最终图像。

由于超表面的灵活设计，每个镜头的聚焦和成像性能都可以独立优化，这会在拼接过程后产生高质量的最终广角图像。此外，阵列可以仅使用一层材料制造，这有助于降低成本。

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为了演示这种新方法，研究人员使用纳米制造技术创建了一个超透镜阵列并将其直接安装到 CMOS 传感器上，从而创建了一个尺寸约为 1 cm × 1 cm × 0.3 cm 的平面相机。然后，他们使用这台相机拍摄了一个广角场景，该场景是使用两台投影仪照亮相机周围 15 厘米距离的曲面屏幕。

他们将他们的新型平面相机与基于单一传统元透镜的相机进行比较，同时对投影在曲面屏幕上的“南京大学”字样进行成像。平面相机产生的图像可以清晰地显示每个字母，并且具有大于 120° 的视角，是基于传统元透镜的相机的三倍以上。

研究人员指出，这项研究中展示的平面相机使用了直径仅为 0.3 毫米的单个超透镜。他们计划将这些放大到大约 1 到 5 毫米，以提高相机的成像质量。优化后，阵列可以量产，降低每个器件的成本。