光學成像系統(tǒng)已廣泛地應用于我們生活的各個方面，從安防監(jiān)控到自動駕駛，從手機攝影到最近的疫情防控，光學成像系統(tǒng)都是其中的核心部件。當前光學成像系統(tǒng)都基于折射光學元件構建，為了實現(xiàn)高性能成像，通常需要復雜的光學鏡頭，導致系統(tǒng)長度長、重量重。例如目前手機相機的光學鏡頭，因其長度難以縮小而凸出于手機后殼。衍射光學元件（DOE）具有的平面化、輕薄、軸外像差小等特性，與先進的計算成像技術相結合，有望實現(xiàn)平面化成像系統(tǒng)，在保證成像性能的情況下，顯著地縮小系統(tǒng)的長度和重量。

為了衍射光學元件與計算成像高效結合，實現(xiàn)輕薄高性能成像系統(tǒng)，將衍射光學元件和圖像處理算法端到端協(xié)同設計必不可少。但目前還無法實現(xiàn)端到端協(xié)同設計實用化尺寸的衍射光學元件。主要原因在于端到端設計框架內(nèi)存資源消耗極大，例如設計31個波長，口徑8mm的DOE，其內(nèi)存需求高達20GB，遠超目前商用GPU顯存大小。針對該核心問題，同濟大學精密光學工程研究所的頓雄博士，提出了基于同心圓環(huán)分解的成像模型計算降維理念，并進一步結合能量正則化，成功地將端到端設計框架的內(nèi)存需求降低了一個數(shù)量級。這使得研究團隊首次實現(xiàn)了端到端設計8mm口徑、31個消色差波長的衍射光學元件。實際成像效果驗證了其優(yōu)異的成像性能。鏡頭有效微結構厚度僅2微米，其實際厚度僅取決于結構所采用基底厚度，理論上可以薄至數(shù)百微米。該設計方法為基于衍射光學元件的輕薄計算成像系統(tǒng)發(fā)展鋪平了道路，有望將輕量化便攜式計算攝影引入全新時代。

相關研究成果以“Learned rotationally symmetric diffractive achromat for full-spectrum computational imaging”為題，于7月31在線發(fā)表于光學領域頂級期刊《Optica》。該成果為同濟大學和斯坦福大學共同合作，同濟大學頓雄博士為第一作者，同濟大學程鑫彬教授和斯坦福大學Yifan Peng博士為共同通訊作者，其它合作者包括同濟大學王占山教授，斯坦福大學Gordon Wetzstein教授和HayatoIkoma博士生。相關研究工作獲得了國家自然科學基金杰出青年基金項目的支持。

相關鏈接：https://doi.org/10.1364/OPTICA.394413