上海光機(jī)所在單層超表面用于快照式高動態(tài)范圍成像獲進(jìn)展

近日，中科院上海光機(jī)所空天激光技術(shù)與系統(tǒng)部、中國科學(xué)院空間激光信息傳輸與探測技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)，采用雙原子干涉的原理設(shè)計(jì)了具有復(fù)振幅響應(yīng)和偏振無關(guān)響應(yīng)的超表面，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)健且完整的復(fù)振幅調(diào)制，使用單層超表面替代傳統(tǒng)高動態(tài)范圍（HDR）系統(tǒng)中的多個(gè)組件。將超表面與普通相機(jī)集成，通過單幀測量獲取高曝光和低曝光兩幅圖像，進(jìn)行圖像融合后可以實(shí)現(xiàn)動態(tài)范圍的擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了高達(dá) 17.5 dB 的動態(tài)范圍增強(qiáng)，幾乎不會增加系統(tǒng)的重量和占用空間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方案在實(shí)時(shí) HDR 成像方面具有顯著潛力。相關(guān)成果以“Single-layer metasurface for snapshot high-dynamic-range imaging”為題，發(fā)表于Photonics Research。 U;<07 aMj  
由于探測器的動態(tài)范圍有限，成像系統(tǒng)在面對大強(qiáng)度變化的環(huán)境時(shí)，常常會遇到過曝或欠曝的問題，圖像中亮部和暗部的細(xì)節(jié)往往無法在單幀畫面中有效保留。這一問題在智能手機(jī)攝影、顯微成像、先進(jìn)制造和自動駕駛等應(yīng)用中十分常見。在這些應(yīng)用場景中，開發(fā)實(shí)時(shí)HDR成像設(shè)備具有重要意義。常見且直接的解決方案是依次拍攝同一場景的多張不同曝光設(shè)置的照片，但這并不適用于視頻拍攝。多路徑成像系統(tǒng)對探測器的要求較低并能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)成像，然而，基于這種方法的成像設(shè)備往往體積龐大。一些研究提出了特殊的 HDR 傳感器，這些傳感器對光具有獨(dú)特的響應(yīng)特性，但目前制造成本較高。 t4R=$ km  
研究團(tuán)隊(duì)通過復(fù)振幅調(diào)控設(shè)計(jì)單層超表面，該超表面能夠集成傳統(tǒng) HDR 成像系統(tǒng)中多個(gè)分立元件的功能。得益于其對偏振不敏感的全空間振幅與相位調(diào)控機(jī)制，單層器件可在單次拍攝中獲得多張不同曝光水平的高保真圖像；經(jīng)融合處理后，圖像動態(tài)范圍得以有效擴(kuò)展。采用強(qiáng)度比 10:1 的雙通道成像配置，理論上可將動態(tài)范圍提升 20 dB。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所演示系統(tǒng)的動態(tài)范圍改善可達(dá) 17.5 dB 甚至更高。該設(shè)計(jì)在重量和體積上與常規(guī)單次成像系統(tǒng)相當(dāng)，因而適用于監(jiān)控、工業(yè)制造及車載等對輕量化、超緊湊和實(shí)時(shí) HDR 成像有需求的場景。 \{ r%.G