无镜头复眼相机的角度敏感超表面

赞助商: 美国国家科学基金会

奖号码: 的eccs - 1711156

共同/ Co-PI: Lei田

文摘:

该项目旨在开发一种具有极端尺寸小型化的新相机技术，其灵感来自于自然界中常见的小型无脊椎动物（如昆虫和甲壳类动物）的复眼视觉模式。复眼通常由许多成像元件（包括透镜和光感受器）组成的弯曲阵列组成，每个成像元件的方向都不同，以便检测沿不同方向入射的光。然后从所有这些元素的组合输入中重建被可视化对象的完整图像。由于标准光电器件是基于平面衬底，因此这种视觉模式的光电实现通常由于其弯曲的结构而变得复杂。复眼视觉模式代表了在尽可能小的封装内提供可忽略畸变的广角视野的最佳适应解决方案。此外，复眼可以在任意距离上创建物体的聚焦图像，而不需要任何焦距调整，从而提供几乎无限的景深和极高的运动灵敏度。因此，所提出的相机可以为小尺寸、大视场和高时间分辨率特别重要的广泛成像应用提供一种使能技术。具体的例子包括机器视觉（例如，用于避障和自主导航）、监视和内窥镜医学成像。拟议的活动还将通过培训澳门威尼斯人注册网站研究生和本科生在纳米光子学，光电子学和图像处理领域的广泛主题来促进教育。相关课程开发工作将影响其他学科的学生。

技术描述:

该澳门威尼斯人注册网站研究将利用纳米光子学和超材料的最新进展，开发一种由平面成像像素阵列组成的平面无透镜复眼相机。每个像素的角度选择性是由特殊设计的金属纳米粒子（光学超表面）阵列在每个光电探测器的表面图案提供的。提出的澳门威尼斯人注册网站研究的关键创新是开发超表面，它可以选择性地将沿单个几何可调方向（在小范围内）入射的光传输到其衬底。从任何其他方向入射的光都会被反射。有了这种安排，无镜头复眼相机可以实现使用现有的CMOS或CCD图像传感器阵列。每个像素将被涂上不同的超表面，以允许检测来自不同方向的光。所提出的角敏感光电探测器将通过全波数值模拟来设计，在硅衬底上制造，并通过角分辨光电流测量来表征。然后将开发这些设备的阵列，以验证其成像能力的概念演示。先进的计算成像算法将被用于优化从单个传感器的组合信号的图像重建。除了所提出的相机的潜在技术影响外，本澳门威尼斯人注册网站研究还将通过探索新的设计和应用来推进光学超表面的科学和技术，并将在新兴的计算成像领域创造新的澳门威尼斯人注册网站研究机会。

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