其他超緊湊超表面透鏡存在嚴重的圖像失真、小視野以及捕獲可見光全光譜的能力有限——被稱為 RGB 成像，因為它結(jié)合了紅色、綠色和藍色以產(chǎn)生不同的色調(diào)。

“設(shè)計和配置這些微小的微結(jié)構(gòu)來做你想做的事情是一個挑戰(zhàn)，”計算機科學博士 Ethan Tseng說(他是共同領(lǐng)導這項研究的普林斯頓大學學生)，“對于捕獲大視野 RGB 圖像的這項特定任務，它具有挑戰(zhàn)性，因為有數(shù)百萬個這樣的小微結(jié)構(gòu)，而且不清楚如何以最佳方式設(shè)計它們�！�

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

共同主要作者謝恩·科爾本（Shane Colburn）通過創(chuàng)建計算模擬器來自動測試不同的納米天線配置來應對這一挑戰(zhàn)�？茽柋菊f，由于天線的數(shù)量及其與光相互作用的復雜性，這種類型的模擬可以使用“大量的內(nèi)存和時間”。他開發(fā)了一個模型，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行了這項工作。科爾本是華盛頓大學電氣與計算機工程系 (UW ECE) 的學生，現(xiàn)在是該校的附屬助理教授。他還在 Tunoptix 指導系統(tǒng)設(shè)計，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 的研究生導師阿爾卡·馬朱姆達爾（Arka Majumdar）共同創(chuàng)立的，阿爾卡·馬朱姆達爾 是華盛頓大學歐洲經(jīng)委會和物理系的副教授，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，與用于計算機芯片的標準半導體制造方法兼容——這意味著給定的超表面設(shè)計可以以低于傳統(tǒng)相機中的鏡頭。

Mait-Optik顧問、美國陸軍研究實驗室前高級研究員兼首席科學家約瑟夫·梅特（Joseph Mait）說：“雖然光學設(shè)計方法并不新鮮，但這是第一個在前端使用表面光學技術(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艱巨的任務，共同設(shè)計超表面數(shù)百萬個特征的大小、形狀和位置以及檢測后處理的參數(shù)，以實現(xiàn)所需的成像性能，”未參與其中的梅特補充道。

海德和他的同事現(xiàn)在正在努力為相機本身增加更多的計算能力。除了優(yōu)化圖像質(zhì)量外，他們還希望增加物體檢測功能以及與醫(yī)學和機器人技術(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創(chuàng)建“作為傳感器的表面”。他說：“我們可以將單個表面變成具有超高分辨率的攝像頭，這樣你的手機背面就不再需要三個攝像頭了，但整個手機背面將變成一個巨大的攝像頭。我們可以想象完全不同的未來制造設(shè)備的方法�！�

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