一種用于成像系統(tǒng)光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)的自動(dòng)化計(jì)算方法有望在無(wú)需人工干預(yù)的情況下提供最佳解決方案，從而減少通常所需的時(shí)間和成本。其結(jié)果可能是改進(jìn)手機(jī)攝像頭，使其具有更高的質(zhì)量或新的功能。

DeepLens設(shè)計(jì)方法由卡亞科技大學(xué)的Xinge Yang，Qiang Fu和Wolfgang Heidrich開(kāi)發(fā)，基于“課程學(xué)習(xí)”的概念，采用結(jié)構(gòu)化、迭代、分階段的方法，考慮成像系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)，如分辨率、光圈和視場(chǎng)。

這項(xiàng)研究成果發(fā)表在《自然·通訊》（Nature Communications）雜志上。

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自動(dòng)化鏡頭設(shè)計(jì)的課程學(xué)習(xí)

人工智能系統(tǒng)和人類一樣，很難在沒(méi)有指導(dǎo)的情況下從頭開(kāi)始學(xué)習(xí)復(fù)雜的任務(wù)。例如，人類要先學(xué)會(huì)爬、站，再學(xué)會(huì)走，最后才能學(xué)會(huì)跳、跳舞或運(yùn)動(dòng)。同樣，課程學(xué)習(xí)將復(fù)雜的任務(wù)（這里指的是復(fù)雜鏡頭系統(tǒng)的設(shè)計(jì)）分解成復(fù)雜程度不斷提高的各個(gè)階段，逐步提高對(duì)分辨率、光圈大小和視野的要求。

重要的是，該方案不需要以人類設(shè)計(jì)為起點(diǎn)。相反，它可以完全自行設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)合光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一系列折射透鏡元件組成，每個(gè)元件都有自己定制的形狀和特性，以提供最佳的整體性能。

Yang評(píng)論說(shuō)：“傳統(tǒng)的自動(dòng)化方法只能實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)的微小優(yōu)化。我們的方法可以從一開(kāi)始就優(yōu)化復(fù)雜的透鏡設(shè)計(jì)，將經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師數(shù)月的手工工作大幅減少到一天的計(jì)算時(shí)間�！�

這種方法在創(chuàng)建經(jīng)典光學(xué)設(shè)計(jì)和擴(kuò)展景深計(jì)算透鏡方面都非常有效。這是在手機(jī)大小的外形尺寸下，利用具有高非球面和短后焦距的透鏡元件實(shí)現(xiàn)的大視場(chǎng)。它還在六元件經(jīng)典成像系統(tǒng)中進(jìn)行了測(cè)試，分析了其設(shè)計(jì)和光學(xué)性能的演變，因?yàn)樗�調(diào)整了設(shè)計(jì)以滿足設(shè)計(jì)規(guī)范。

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深度學(xué)習(xí)大口徑鏡頭的評(píng)估

Yang解釋說(shuō)：“我們的方法專門(mén)針對(duì)多元素折射透鏡的設(shè)計(jì)，這種透鏡在從顯微鏡到蜂窩相機(jī)和望遠(yuǎn)鏡等設(shè)備中都很常見(jiàn)。我們預(yù)計(jì)涉及移動(dòng)設(shè)備攝像頭的公司會(huì)對(duì)此產(chǎn)生濃厚興趣，因?yàn)樵谶@些設(shè)備中，由于硬件限制，必須通過(guò)計(jì)算輔助才能獲得最佳圖像質(zhì)量。我們的方法在管理光學(xué)和計(jì)算組件之間的復(fù)雜互動(dòng)方面表現(xiàn)出色�！�

目前，DeepLens 方法僅適用于折射透鏡元件，但 KAUST 團(tuán)隊(duì)表示，目前正在努力將該方案擴(kuò)展到將折射透鏡與衍射光學(xué)元件和超透鏡相結(jié)合的混合光學(xué)系統(tǒng)。

Yang總結(jié)道：“這將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)成像系統(tǒng)的微型化，并釋放出新的功能，如光譜相機(jī)和聯(lián)合彩色深度成像。”

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