南京大学研究人员设计出一种新型紧凑型摄像头，通过使用一系列超透镜（用于操纵光线的平坦纳米图案表面），可获取高质量的广角图像。此前，高质量广角图像通常需要笨重镜头才能获得，但研究人员可采用创新方法将广角摄像头整合到智能手机、汽车或无人机等便携式成像设备中。
图片来源：期刊Optica
中国南京大学教授李涛及其同事在期刊Optica上报告其新型超薄摄像头。该全新摄像头厚度只有0.3厘米，可以在超过120度的视角下拍摄清晰的场景图像。
广角成像可以很好地捕获大量信息，从而创建超高质量图像。对于自动驾驶和基于无人机的监控等机器视觉应用，广角成像还可以提高性能和安全性，例如在车辆倒车时显示盲区障碍物。
李涛教授表示：“为了打造一款极其紧凑的广角摄像头，我们使用了一系列超镜头，每个镜头都可以捕捉广角场景的某些部分，然后将图像拼接在一起以创建广角图像，而不会降低图像质量。”
缩小广角镜头
广角成像通常使用鱼眼复合镜头或其他类型的多层镜头来完成。尽管研究人员之前曾尝试使用超透镜来制造广角摄像头，但获得的图像往往质量差或具有其他缺点。
而南京大学研究人员使用了一系列超透镜，每一个都经过精心设计，可以聚焦不同范围的照明角度。因此每个镜头都可以清晰地成像广角物体或场景的一部分，然后通过计算将每个图像中最清晰的部分拼接在一起以创建最终图像。
李涛教授还表示：“由于超表面的灵活设计，每个镜头的聚焦和成像性能都可以独立优化。因此，拼接后可产生高质量的最终广角图像。此外，阵列可以仅使用一层材料制造，以降低成本。”
平面镜片可看到更多
为了演示这种新方法，研究人员使用纳米制造技术创建了一个超透镜阵列并将其直接安装到CMOS传感器上，从而创建了一个尺寸约为1 cm × 1 cm × 0.3 cm的平面摄像头。然后，研究人员使用该摄像头拍摄了一个广角场景，且该场景是使用两台投影仪照亮摄像头周围15厘米距离的曲面屏幕。
为了进行对比，研究人员同时采用基于单一传统元透镜的摄像头和新型平面摄像头对投影在曲面屏幕上的“南京大学”字样进行成像。平面摄像头产生的图像可以清晰地显示每个字母，并且具有大于120°的视角，是基于传统元透镜的摄像头的三倍以上。
研究人员指出，这项研究中展示的平面摄像头使用的单个超透镜的直径仅为0.3 毫米。他们计划将直径扩大至1到5毫米，以提高摄像头的成像质量。优化后，该阵列可以量产，从而降低每个设备的成本。
